STM32F103C8T6+Keil5设计带 SPI接口显示屏的录音机
一、环境介绍
MCU: STM32F103C8T6
开发软件: Keil5
音频模块: VS1053B
录音文件存储设备: SD卡，采用SPI协议驱动
显示屏: SPI接口的0.96寸OLED
代码风格: 采用寄存器编程，代码简洁、执行效率高、注释到位、移植方便。
二、功能介绍
这是基于STM32F103C8T6设计的录音机功能，支持的功能如下：
1. 按下按键1启动自动录音，默认为5秒录音一次，录音完毕自动保存在SD指定目录下。文件名称采用当前时间命名；音频文件格式采用WAV格式存储。
2. 按下按键2启动手动录音，按键按下之后开始录音，再次按下结束录音，录音完毕之后，文件也是一样的保存在SD卡里。
3. SD卡文件系统采用FAT32格式，STM32移植了FATFS开源文件系统对SD卡进行读写操作。
4. OLED显示屏用于显示当前录音机的状态: 空闲、录音、回放等状态。
5. 按下按键3，启动自动回放功能。自动扫描目录，按顺序播放录音文件。
技术介绍:
1. SD卡采用SPI协议驱动，因为对速度没有很高要求，SPI协议已经完全满足；如果要更高的速度，可以采用SDIO协议。
2. 音频模块采用VS1053B，这个芯片支持IIS和SPI协议。我这里采用的是SPI协议驱动，SPI比较简单，代码也好移植，可以很方便的移植到其他单片机上运行。VS1053功能比较强大，支持录音、解码播放。
3. 文件系统采用的是FATFS文件系统，这个文件系统功能比较完善，使用免费，支持FAT16、FAT32等格式。底层也比较好适配移植。当前，除了FATFS以外，还有很多其他的嵌入式文件系统可以选择，移植都大同小异。
4. OLED显示屏是0.96寸的。采用SPI协议驱动，主要是显示一些状态，SPI刷屏比较快，这款OLED也支持IIC接口。
5. VS1053模块上没有喇叭设备，可以适应耳机或者音箱听回放的录音。
硬件与STM32的接线说明：
OLED显示屏：
D0----SCK-----PB14
D1----MOSI----PB13
RES—复位(低电平有效)—PB12
DC---数据和命令控制管脚—PB1
CS---片选引脚-----PA7
VS1053：
#define VS1053_DREQ PAin(11) //DREQ 数据请求
#define VS1053_RESET PAout(12) //RST 硬件复位--低电平有效
#define VS1053_XCS PAout(13) //XCS 片选--低电平有效
#define VS1053_XDCS PAout(14) //XDCS 用于数据片选、字节同步
#define VS1053_SCLK PAout(15)
#define VS1053_OUTPUT PBout(3)
#define VS1053_INPUT PBin(4)
SD卡接口：
5V----5V
GND---GND
SPI1_MOSI---PA7
SPI1_MISO---PA6
SPI1_CS---PA4
SPI1_SCK--PA5
三、使用的相关硬件
STM32F103C8T6系统板:
OLED显示屏:
VS1053：
SD卡卡槽:
四、操作说明
开发板有一个复位键和一个K0按键。
程序下载：
程序支持三种模式:
因为开发板只有一个K0按键，所以三种模式都是通过一个按键进行切换的。
一个按键是通过按下的计数方式进行切换的，切换的顺序是自动录音模式、手动录音模式、回放模式。
（1）自动录音模式：按下一次按键后，进入自动录音模式，自动录音模式下，录音5秒自动退出，退出后自动启动播放状态，就是播放刚才5秒录制的音频，播放过程中按下按键可以退出播放状态。
（2）手动录音模式：第二次按下K0按键后，进入手动录音模式，手动录音模式下，可以长时间录音，如果要结束录音，按下K0按键即可结束；结束后自动启动播放状态，就是播放刚才录制的音频，播放过程中按下按键可以退出播放状态。
（3）回放模式：第三次按下K0按键后，进入回放模式，自动扫描wav目录，进行顺序播放音频文件。
播放过程中可以按下K0按键退出回放模式。
每次录音后的文件是存放在SD卡根目录下的wav目录下。
每个状态都会在OLED显示屏上显示
也会同时通过串口打印到串口调试助手终端。
五、SD卡上存放的文件
SD卡上有两个目录：font目录和wav目录。
font目录下存放16x16字库文件。
wav目录下存放录音的音频文件。
六、部分源码
6.1 VS1053.c 这是VS1053的驱动代码
#include "vs1053b.h"
/*
函数功能：移植接口--SPI时序读写一个字节
函数参数：data:要写入的数据
返 回 值：读到的数据
*/
u8 VS1053_SPI_ReadWriteByte(u8 tx_data)
{
u8 rx_data=0;
u8 i;
for(i=0;i<8;i++)
{
VS1053_SCLK=0;
if(tx_data&0x80){VS1053_OUTPUT=1;}
else {VS1053_OUTPUT=0;}
tx_data<<=1;
VS1053_SCLK=1;
rx_data<<=1;
if(VS1053_INPUT)rx_data|=0x01;
}
return rx_data;
}
/*
函数功能：初始化VS1053的IO口
*/
void VS1053_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<0;
AFIO->MAPR&=~(0x7<<24); //释放PA13/14/15
AFIO->MAPR|=0x4<<24;
RCC->APB2ENR|=1<<2;
RCC->APB2ENR|=1<<3;
GPIOA->CRH&=0x00000FFF;
GPIOA->CRH|=0x33338000;
GPIOB->CRL&=0xFFF00FFF;
GPIOB->CRL|=0x00083000;
VS1053_SCLK=1;
VS1053_XCS=1;
VS1053_RESET=1;
}
/*
函数功能：软复位VS10XX
*/
void VS1053_SoftReset(void)
{
u8 retry=0;
while(VS1053_DREQ==0); //等待软件复位结束
VS1053_SPI_ReadWriteByte(0Xff); //启动传输
retry=0;
while(VS1053_ReadReg(SPI_MODE)!=0x0800) // 软件复位,新模式
{
VS1053_WriteCmd(SPI_MODE,0x0804); // 软件复位,新模式
DelayMs(2);//等待至少1.35ms
if(retry++>100)break;
}
while(VS1053_DREQ==0);//等待软件复位结束
retry=0;
while(VS1053_ReadReg(SPI_CLOCKF)!=0X9800)//设置VS10XX的时钟,3倍频 ,1.5xADD
{
VS1053_WriteCmd(SPI_CLOCKF,0X9800); //设置VS10XX的时钟,3倍频 ,1.5xADD
if(retry++>100)break;
}
DelayMs(20);
}
/*
函数 功 能：硬复位MP3
函数返回值：1:复位失败;0:复位成功
*/
u8 VS1053_Reset(void)
{
u8 retry=0;
VS1053_RESET=0;
DelayMs(20);
VS1053_XDCS=1;//取消数据传输
VS1053_XCS=1; //取消数据传输
VS1053_RESET=1;
while(VS1053_DREQ==0&&retry<200)//等待DREQ为高
{
retry++;
DelayUs(50);
}
DelayMs(20);
if(retry>=200)return 1;
else return 0;
}
/*
函数功能：向VS10XX写命令
函数参数：
address:命令地址
data :命令数据
*/
void VS1053_WriteCmd(u8 address,u16 data)
{
while(VS1053_DREQ==0); //等待空闲
VS1053_XDCS=1;
VS1053_XCS=0;
VS1053_SPI_ReadWriteByte(VS_WRITE_COMMAND);//发送VS10XX的写命令
VS1053_SPI_ReadWriteByte(address); //地址
VS1053_SPI_ReadWriteByte(data>>8); //发送高八位
VS1053_SPI_ReadWriteByte(data); //第八位
VS1053_XCS=1;
}
/*
函数参数：向VS1053写数据
函数参数：data:要写入的数据
*/
void VS1053_WriteData(u8 data)
{
VS1053_XDCS=0;
VS1053_SPI_ReadWriteByte(data);
VS1053_XDCS=1;
}
/*
函数功能：读VS1053的寄存器
函数参数：address：寄存器地址
返回值：读到的值
*/
u16 VS1053_ReadReg(u8 address)
{
u16 temp=0;
while(VS1053_DREQ==0);//非等待空闲状态
VS1053_XDCS=1;
VS1053_XCS=0;
VS1053_SPI_ReadWriteByte(VS_READ_COMMAND);//发送VS10XX的读命令
VS1053_SPI_ReadWriteByte(address); //地址
temp=VS1053_SPI_ReadWriteByte(0xff); //读取高字节
temp=temp<<8;
temp+=VS1053_SPI_ReadWriteByte(0xff); //读取低字节
VS1053_XCS=1;
return temp;
}
/*
函数功能：读取VS1053的RAM
函数参数：addr：RAM地址
返 回 值：读到的值
*/
u16 VS1053_ReadRAM(u16 addr)
{
u16 res;
VS1053_WriteCmd(SPI_WRAMADDR, addr);
res=VS1053_ReadReg(SPI_WRAM);
return res;
}
/*
函数功能：写VS1053的RAM
函数参数：
addr：RAM地址
val:要写入的值
*/
void VS1053_WriteRAM(u16 addr,u16 val)
{
VS1053_WriteCmd(SPI_WRAMADDR,addr); //写RAM地址
while(VS1053_DREQ==0); //等待空闲
VS1053_WriteCmd(SPI_WRAM,val); //写RAM值
}
/*
函数参数：发送一次音频数据，固定为32字节
返 回 值：0,发送成功
1,本次数据未成功发送
*/
u8 VS1053_SendMusicData(u8* buf)
{
u8 n;
if(VS1053_DREQ!=0) //送数据给VS10XX
{
VS1053_XDCS=0;
for(n=0;n<32;n++)
{
VS1053_SPI_ReadWriteByte(buf[n]);
}
VS1053_XDCS=1;
}else return 1;
return 0;//成功发送了
}
/*
函数参数：发送一次音频数据，固定为32字节
返 回 值：0,发送成功
1,本次数据未成功发送
*/
void VS1053_SendMusicByte(u8 data)
{
u8 n;
while(VS1053_DREQ==0){}
VS1053_XDCS=0;
VS1053_SPI_ReadWriteByte(data);
VS1053_XDCS=1;
}
/*
函数功能：设定VS1053播放的音量
函数参数：volx:音量大小(0~254)
*/
void VS1053_SetVol(u8 volx)
{
u16 volt=0; //暂存音量值
volt=254-volx; //取反一下,得到最大值,表示最大的表示
volt<<=8;
volt+=254-volx; //得到音量设置后大小
VS1053_WriteCmd(SPI_VOL,volt);//设音量
}
/*--------------------------------------录音功能-----------------------------------------------------*/
/*
函数功能：vs10xx装载patch
函数参数：
patch：patch首地址
len ：patch长度
*/
void VS1053_LoadPatch(u16 *patch,u16 len)
{
u16 i;
u16 addr, n, val;
for(i=0;iriff.ChunkID=0X46464952; //"RIFF"
wavhead->riff.ChunkSize=0; //还未确定,最后需要计算
wavhead->riff.Format=0X45564157; //"WAVE"
wavhead->fmt.ChunkID=0X20746D66; //"fmt "
wavhead->fmt.ChunkSize=16; //大小为16个字节
wavhead->fmt.AudioFormat=0X01; //0X01,表示PCM;0X01,表示IMA ADPCM
wavhead->fmt.NumOfChannels=1; //单声道
wavhead->fmt.SampleRate=8000; //8Khz采样率 采样速率
wavhead->fmt.ByteRate=wavhead->fmt.SampleRate*2;//16位,即2个字节
wavhead->fmt.BlockAlign=2; //块大小,2个字节为一个块
wavhead->fmt.BitsPerSample=16; //16位PCM
wavhead->data.ChunkID=0X61746164; //"data"
wavhead->data.ChunkSize=0; //数据大小,还需要计算
}
//VS1053的WAV录音有bug,这个plugin可以修正这个问题
const u16 VS1053_WavPlugin[40]=/* Compressed plugin */
{
0x0007, 0x0001, 0x8010, 0x0006, 0x001c, 0x3e12, 0xb817, 0x3e14, /* 0 */
0xf812, 0x3e01, 0xb811, 0x0007, 0x9717, 0x0020, 0xffd2, 0x0030, /* 8 */
0x11d1, 0x3111, 0x8024, 0x3704, 0xc024, 0x3b81, 0x8024, 0x3101, /* 10 */
0x8024, 0x3b81, 0x8024, 0x3f04, 0xc024, 0x2808, 0x4800, 0x36f1, /* 18 */
0x9811, 0x0007, 0x0001, 0x8028, 0x0006, 0x0002, 0x2a00, 0x040e,
};
/*
函数功能：激活PCM 录音模式
函数参数：
agc:0,自动增益
1024相当于1倍
512相当于0.5倍
最大值65535=64倍
*/
void VS1053_RecoderInit(u16 agc)
{
//如果是IMA ADPCM,采样率计算公式如下:
//采样率=CLKI/256*d;
//假设d=0,并2倍频,外部晶振为12.288M.那么Fc=(2*12288000)/256*6=16Khz
//如果是线性PCM,采样率直接就写采样值
VS1053_WriteCmd(SPI_BASS,0x0000);
VS1053_WriteCmd(SPI_AICTRL0,8000); //设置采样率,设置为8Khz
VS1053_WriteCmd(SPI_AICTRL1,agc); //设置增益,0,自动增益.1024相当于1倍,512相当于0.5倍,最大值65535=64倍
VS1053_WriteCmd(SPI_AICTRL2,0); //设置增益最大值,0,代表最大值65536=64X
VS1053_WriteCmd(SPI_AICTRL3,6); //左通道(MIC单声道输入)
VS1053_WriteCmd(SPI_CLOCKF,0X2000); //设置VS10XX的时钟,MULT:2倍频;ADD:不允许;CLK:12.288Mhz
VS1053_WriteCmd(SPI_MODE,0x1804); //MIC,录音激活
DelayMs(5); //等待至少1.35ms
VS1053_LoadPatch((u16*)VS1053_WavPlugin,40);//VS1053的WAV录音需要patch
}
;)>
poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png
6.2 SD.c 这是SD卡的驱动代码
复制
#include "sdcard.h"
static u8 SD_Type=0; //存放SD卡的类型
/*
函数功能：SD卡底层接口,通过SPI时序向SD卡读写一个字节
函数参数：data是要写入的数据
返 回 值：读到的数据
*/
u8 SDCardReadWriteOneByte(u8 DataTx)
{
u16 cnt=0;
while((SPI1->SR&1<<1)==0) //等待发送区空--等待发送缓冲为空
{
cnt++;
if(cnt>=65530)return 0; //超时退出 u16=2个字节
}
SPI1->DR=DataTx; //发送一个byte
cnt=0;
while((SPI1->SR&1<<0)==0) //等待接收完一个byte
{
cnt++;
if(cnt>=65530)return 0; //超时退出
}
return SPI1->DR; //返回收到的数据
}
/*
函数功能：底层SD卡接口初始化
SPI1接口---SD卡接线原理
5V----5V
GND---GND
SPI1_MOSI---PA7
SPI1_MISO---PA6
SPI1_CS---PA4
SPI1_SCK--PA5
*/
void SDCardSpiInit(void)
{
/*1. 开启时钟*/