录音机调试第四天
作者：互联网
关于毕设的一些调试感悟系列
1.硬件平台的搭建
用的完全是正点原子的硬件平台-阿波罗(STM32H743)，所以基本不用再额外调试硬件系统，只是程序调试上需要再花一些时间进行调整。
设计的硬件系统包括LCD屏的显示、麦克风模块和SD卡存储模块
暂时发现需要改进的地方包括以下几点：
（1）对于TFT屏的显示
（2）对于SD卡的文件管理系统的调整
可以这样实现，需要将两个例程放在一起，用单片机的一个管脚作为输入信号的标志位，从而让单片机执行不同的程序。（模拟出音频播放的功能来）
如果这样，那我也可以进行频谱的显示，从而来实现对音频信号的频谱分析结果。
（3）对于麦克风模块的工作模式的理解
2.软件系统的调试
软件系统包括的任务是硬件系统的中的驱动程序的编写和使用DSP库对采集的声音信号进行显示：高级一点的话，需要使用低通滤波器，对于高频噪声进行滤除。
1）FTFLCD屏-7寸 RGB TFTLCD
实现点阵显示
2）麦克风模块-WM8978
可以找到声音进入主控的接口部分，进行数据的保存，并实现FFT的数据输入
3）SD卡存储文件的管理
可以实现对存入的文件，进行访问，并进行播放
3.暂时的安排
1）读一读正点原子的开发资料，理解例程中的数据传递的流程
下面是两个开发板提供商的开源资料：
从上面的实验教程中挑选如下的五个实验进行应用性学习:
（1）音乐播放实验
学习利用SAI使用I2S协议驱动wm8978
通过DMA进行数据的传输：用SAI 的子模块A，其TX 是使用的DMA1 数据流 5 的通道87 来传输的；并且将DMA2 数据流3 设置为：双缓冲循环模式，外设和存储器宽度相同（16 位/32 位），并开启DMA 传输完成中断（方便填充数据）。给缓冲器填充数据需要在传输完成一次后，在中断中调用这个函数 sai_tx_callback();
wav_play_song函数，是播放 WAV的最终执行函数，该函数解析完 WAV文件后，
设置 WM8978和 I2S的参数（采样率，位数等），并开启 DMA，然后不停填充数据，实现 WAV播放，该函数还进行了按键扫描控制，实现上下取切换和暂停 /播放等操作。该函数通过判断wavtransferend是否为 1来处理是否应该填充数据，而到底填充到哪个 buf saibuf1或 saibuf2则是通过 wavwitchbuf标志来确定的，当 wavwitchbuf=0时，说明 DMA正在使用 saibuf2，程序应该填充 saibuf1；当 wavwitchbuf=1时，说明 DMA正在使用 saibuf1，程序应该填充 saibuf2
上图是I2S的通信需要配置的信号引脚定义。
（2）录音机实验
（3）SD卡的存储实验
（4）DSP实验
（5）RGB TFT显示实验
调用单片机的LCD屏和TFT屏的函数库的封装是否一致呢？
（6）DMA数据传输实验：理解双缓冲含义
对于数据传输的梳理如下：
首先声音信号经过麦克风模块，完成ADC转换（ADC转换过程），将采集的信号按照（转换后的数据存储过程）存储到SD卡中，进而完成音频信号的采集；对于音频信号的播放，主控首先从SD卡中读取（从SD卡中读取数据的过程）对应扇区的数据，然后对读取到的数据进行DAC转换(对读取到的数据进行DAC转换的过程)，然后把转换后的电压值输送到麦克风集成模块中。
故而在阅读例程中需要解决两个问题：
（1）麦克风模组对于音频信号的采集方式
内部的ADC的转换过程：
内部的DAC的转换过程：
WAV是微软公司开发的一种音频格式文件，用于保存Windows平台的音频信息资源，它符合资源互换文件格式(Resource Interchange File Format， RIFF)文件规范。标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！ WAVE是录音时用的标准的WINDOWS文件格式，文件的扩展名为“WAV”，数据本身的格式为PCM或压缩型，属于无损音乐格式的一种。
WAVE整体结构如表 WAVE文件结构 ：
data chunk是WAVE文件主体部分，包含声音数据，一般有两个编码格式：PCM和ADPCM，ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)属于有损压缩，现在几乎不用， 绝大部分WAVE文件是PCM编码。PCM编码声音数据可以说是在“数字音频技术”介绍的源数据，主要参数是采样频率和量化位数。绝大部分WAVE文件是PCM编码。
PCM编码声音数据可以说是在“数字音频技术”介绍的源数据，主要参数是采样频率和量化位数。
今天的分享可能有点稀疏，大体是因为数据在麦克风模块内部转换完成后，就会直接从DMA中转移到SD卡中，在转移过程中，采集的数据会被WM8978模块进行PCM编码，然后数据被以WAV格式存储到SD卡中。故而分析数据，必须从SD卡中进行数据的获取。从WAV格式的编码中，我们知道数据被放在最后，有一个统计数据大小的标志符，它的后面是采集得到的所有音频数据。在程序中利用如下函数获得起始位置：
wavx->datastart=wavx->datastart+8; //数据流开始的地方.
除此之外，我还需要知道目前在程序中采用的采样率和采集的数据位数是多少：
采样率：41
采集的数据宽度：16
采集的数据量：4096
对于已经是实现的DSP频谱分析中采用的上述参数是多少：
采样率：
采集的数据宽度：
采集的数据量：
关于f_write函数你知道多少呢？下面是它的参数定义
FRESULT f_write (
FIL* fp, //[IN] Pointer to the file object structure
const void* buff, //[IN] Pointer to the data to be written
UINT btw, // [IN] Number of bytes to write
UINT* bw // [OUT] Pointer to the variable to return number of bytes written
);
（2）SD在程序中对于数据的存储方式
在SD卡中进行数据的读取：
在SD卡中进行数据的写入：
例程中通过下面的函数来对SD的写入数据，所以想在这里对写入的数据进行分析。
res=f_write(f_rec,pdatabuf,SAI_RX_DMA_BUF_SIZE,(UINT)&bw);//写入文件
2）可以在网上寻找STM中DSP模块的使用
后续的安排是，转换过程中，数据的输入方式和转换过程，前提是了解到上述采集模块对于数据的处理方式。
可以先尝试把例程中的幅度谱先调试出来，然后再考虑数据的流向，从而只需要更改数据就可以了。
操作如下，将F4的显示程序，直接搬到H7的平台上，进行平台的移植。
close all; %Turn off all the pictures
clc;
DC=1; %The magnitude of the dc signal
Amp1=1; %The amplitude of the first signal
Amp2=3; %The amplitude of the second signal
Amp3=5; %The frequency of the third signal
Fre1=10;%The frequency of the first signal )
Fre2=40;%The frequency of the Second signal
Fre3=80;%The frequency of the third signal
Fs=40960; %The sampling frequency
N=4096; %The sampling points
t=[0:1/Fs:1]; %Sampling time
S=DC+Amp1*sin(2*pi*Fre1*t)+Amp2*sin(2*pi*Fre2*t)+Amp3*sin(2*pi*Fre3*t); %信号
%Display the original signal
subplot(3,1,1);
plot(S,'b');
grid on;
xlabel(' Frequency/HZ');
ylabel('Voltage');
title('The original signal');
Y = fft(S,N); %Do FFT transform
Module = (abs(Y)); %:Acquire modulus
subplot(3,1,2);
F=([1:N]-1)*Fs/N;
h = stem(F(1:N/320)/10,Module(1:N/320),'fill','--');
set(get(h,'BaseLine'),'LineStyle',':')
set(h,'MarkerFaceColor','red')
grid on;
xlabel(' FFTout[i]');
ylabel('FFT module');
title('the module value of FFT');
Module=Module/(N/2);
Module(1)=Module(1)/2;
F=([1:N]-1)*Fs/N;
subplot(3,1,3);
h = stem(F(1:N/320),Module(1:N/320),'fill','--');
set(get(h,'BaseLine'),'LineStyle',':')
set(h,'MarkerFaceColor','red')
grid on;
xlabel(' Frequency /HZ');
ylabel('Voltage');
title('Amplitude - frequency curves');
note: plot(x) 当x 为一向量时,以x 元素的值为纵坐标,x 的序号为横坐标值绘制曲线。
可以MATLABs的程序来理解博主说的在单片机中的FFT的处理过程和信号的定义。
例程中用到函数的参数定义：
//画线
//x1,y1:起点坐标
//x2,y2:终点坐标
void LCD_DrawLine(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2)
//在指定区域内填充单个颜色
//(sx,sy),(ex,ey):填充矩形对角坐标,区域大小为:(ex-sx+1)*(ey-sy+1)
//color:要填充的颜色
void LCD_Fill(u16 sx,u16 sy,u16 ex,u16 ey,u16 color)eg: LCD_Fill(0,240,0,260,WHITE);
经过一番苦心钻研，算是吧频谱分析的图像做出来了，目前的实现过程是自定义了一个输入信号，如果把自定义的输入信号，换成采集的音频的数据，就可以完成频谱的显示工作了。
故暂时这是一个潜在问题，按照奈奎斯特采样定律，采样率是输入信号频率的两倍以上才可以，而输入信号的频率是100Hz~2kHz，故需要处理的数据是4096个。
3）确定调试方案的步骤
目前有两个思路来解决这个FFT转换，思路一是借助SD卡作为数据转换的媒介，需要先完成ADC转换，然后把数据存储到SD卡中，然后调用DSP中的FFT函数，分别对采集的数据的进行处理，然后并且把数据存储到另一个扇区。思路二是直接在程序中定义一个数组，然后调用FFT对数据进行处理，完成后，把数据直接存储到SD卡中。
接收数据的方式有两种，一种是在DMA中断中，进行数据的存储，因为用的是双缓存，所以需要注意的接收次序。另一种是在SD卡中，在声音播放的位置，把声音都读出来，然后进行数据的分析。
卡作为数据转换的媒介，需要先完成ADC转换，然后把数据存储到SD卡中，然后调用DSP中的FFT函数，分别对采集的数据的进行处理，然后并且把数据存储到另一个扇区。思路二是直接在程序中定义一个数组，然后调用FFT对数据进行处理，完成后，把数据直接存储到SD卡中。
接收数据的方式有两种，一种是在DMA中断中，进行数据的存储，因为用的是双缓存，所以需要注意的接收次序。另一种是在SD卡中，在声音播放的位置，把声音都读出来，然后进行数据的分析。
标签：DMA,FFT,卡中,采集,第四天,数据,录音机,调试,SD 来源： https://blog.csdn.net/qq_36481034/article/details/115533060