STM32F103C8T6+Keil5设计带 SPI接口显示屏的录音机

发布时间:2023-10-19  

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。


poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png


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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:


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OLED显示屏:


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VS1053:


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SD卡卡槽:



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四、操作说明

开发板有一个复位键和一个K0按键。


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程序下载:


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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。


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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

}


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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*/

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