基于STM32的录音与播音

设计方案

本设计通过STM32的内置ADC加一个麦克风和放大电路（可以在网上买模块）实现音频的采集，然后存放在SD卡中（这里可以参考我之前的博客FATFS文件系统），然后再读取SD卡里存放的数据通过单片机的内置DAC接一个放大电路和一个喇叭（可以在网上买模块）进行音频播放（参考我前面的博客）。再进行ADC采集和DAC输出时是借助定时器中断，设置定时器的频率就可以设置ADC和DAC的频率了。

通过STM32CUBEMX配置工程

1、配置SDIO和FATFS

参考我前面的博客。https://blog.csdn.net/qq_53000374/article/details/126390968

2、配置DAC和定时器

参考我前面的博客。https://blog.csdn.net/qq_53000374/article/details/126272701

3、配置ADC和定时器

这里只需要配置ADC，定时器和DAC共用一个。

其他的不用管。

添加代码


//main前面
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
#define KEY0    HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)
#define KEY1    HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)#define   val_count_max       5000  //最大采样个数
uint16_t val_count=0;    //实际采样个数uint16_t val_data[val_count_max]={0};
uint16_t val_data_buff[val_count_max]={0};#define DAC_Count 4096
uint8_t DAC_Data[5000]={0};uint16_t DAC_F=2;
volatile  uint16_t Time_Count=0;char* ch_tab="12345";char read_buff[100]={0};FATFS fs;  //文件系统工作区指针
FIL fp;   //文件对象结构指针
FRESULT f_res;  //函数放回结果
uint16_t fnum;               /* 文件成功读写数量 */uint16_t fp_num;   //文件大小
UINT fp_rw_num;  //实际文件读写字节数uint8_t fp_wriet_flag=0;  //SD卡写标志
uint8_t sound_record_flag=0;   //录音标志uint8_t fp_read_flag=0;  //SD卡读标志
uint8_t play_record_flag=0;   //播音标志uint8_t key0_down_flag=0;  //按键按下一次标志，
uint8_t key1_down_flag=0;  //按键按下一次标志，uint16_t fp_memory=0;char Read_Data[DAC_Count]={0};
/* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */void KEY_Scanf()
{if(KEY0 == 0)  //录音开始和停止{HAL_Delay(10);if(KEY0==0){while(!KEY0);key0_down_flag=0;sound_record_flag = !sound_record_flag;  //0:停止  1:开始}}if(KEY1 == 0){HAL_Delay(10);if(KEY1==0){while(!KEY1);key1_down_flag=0;play_record_flag = !play_record_flag;}}
}void KEY_Handle(void)
{if((sound_record_flag != 0) && (key0_down_flag==0))  //开始录音{key0_down_flag=1;val_count=0;HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);HAL_ADC_Start(&hadc1);}else if((sound_record_flag == 0) && (key0_down_flag==0))  //停止录音{key0_down_flag=1;HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);HAL_ADC_Stop(&hadc1);f_close(&fp);f_mount(NULL,"0:",1);        //取消挂载}if((play_record_flag !=0) && (key1_down_flag==0))  //开始播音{key1_down_flag=1;HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);HAL_ADC_Start(&hadc1);//在外部 SD 卡挂载文件系统，文件系统挂载时会对 SD 卡初始化f_res = f_mount(&fs, "0:", 1);   f_res = f_open(&fp, "0:ADC_DATA.txt", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);if(f_res==FR_OK){f_lseek(&fp, 44);  //偏移文件起始位置44个字节，后面的就是所需要的数据fp_memory=f_size(&fp);printf("文件大小:%d\r\n",fp_memory);}}else if((play_record_flag ==0) && (key1_down_flag==0)){key1_down_flag=1;HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);HAL_ADC_Stop(&hadc1);f_close(&fp);f_mount(NULL,"0:",1);      //取消挂载 }
}void FILE_RW_Test(void)   //文件系统读写测试
{printf("挂载SD卡驱动\r\n");f_res=f_mount(&fs,"0:",1);f_unlink("0:ADC_DATA.txt");if(f_res == FR_OK){printf("挂载成功\r\n");f_res=f_open(&fp,"0:ADC_DATA.txt",FA_WRITE | FA_OPEN_ALWAYS);if(f_res == FR_OK){printf("文件打开成功\r\n");f_res=f_write(&fp,tab,10,&fp_rw_num);if(f_res == FR_OK){printf("写入成功\r\n实际写入字节数:%d\r\n",fp_rw_num);}}}f_close(&fp);f_res=f_open(&fp,"0:ADC_DATA.txt",FA_READ | FA_OPEN_ALWAYS);if(f_res == FR_OK){printf("文件打开成功\r\n");f_res=f_read(&fp,read_buff,5,&fp_rw_num);if(f_res == FR_OK){printf("读取成功\r\n");printf("%s\r\n",read_buff);}}
}void Audio_SD_Write(void)
{if(fp_wriet_flag == 1){fp_wriet_flag = 0;f_res=f_mount(&fs,"0:",1);if(f_res == FR_OK){printf("挂载成功\r\n");}elseprintf("挂载失败\r\n");f_res=f_open(&fp,"0:ADC_DATA.txt",FA_OPEN_ALWAYS | FA_WRITE);if(f_res == FR_OK)printf("文件打开成功\r\n");elseprintf("打开失败\r\n");f_lseek(&fp, f_size(&fp));//确保写词写入不会覆盖之前的数据f_res=f_write(&fp,val_data_buff,4096,&fp_rw_num);if(f_res == FR_OK){memset(val_data_buff,0,5000);printf("写入成功\r\n实际写入字节数:%d\r\n",fp_rw_num);}elseprintf("写入失败\r\n");}f_close(&fp);f_mount(NULL,"0:",1);        //取消挂载
}void Audio_SD_Read(void)
{if(Time_Count>=fnum){  //当DAC输出的字节大于等于读取到的字节数Time_Count = 0;memset(DAC_Data,0,sizeof(DAC_Data));  //清空数组f_res=f_read(&fp,Read_Data,4096,(UINT*)&fnum);//读出4096个字节  memcpy(DAC_Data,Read_Data,fnum);  //数组复制}if(f_eof(&fp)) //已经读取完了{f_lseek(&fp, 44);  //跳过前面44个字节}
}
/* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
int wd4;
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM3){if((sound_record_flag !=0) && (play_record_flag ==0)){val_data[val_count]=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);val_count++;if(val_count == 2048){memcpy(val_data_buff,val_data,sizeof(val_data));val_count=0;fp_wriet_flag=1;}}if((sound_record_flag ==0) && (play_record_flag !=0)){Time_Count += DAC_F;wd4 = ((DAC_Data[Time_Count-1]-0x80)<<8)|(DAC_Data[Time_Count-2]);   //将16位的音频数据转为12位。wd4 = 0xfff & (wd4>>4);HAL_DAC_SetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_2,DAC_ALIGN_12B_R,wd4);//12位右对齐数据格式设置DAC值}}
}//main里面
HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_2);HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);HAL_ADC_Stop(&hadc1);HAL_Delay(1);//    FILE_RW_Test();  //测试函数/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){KEY_Scanf();KEY_Handle();if((sound_record_flag !=0) && (play_record_flag ==0))Audio_SD_Write();  //录音else if((sound_record_flag ==0) && (play_record_flag !=0))Audio_SD_Read();  //播音}/* USER CODE END WHILE */

过程中遇到的问题

我在过程中遇到一个问题，就是在进行SD卡写数据时，一直循环写数据会出现写入失败的情况，我在网上找到几个可能的原因：
STM32读写SD卡

问题1：在循环进行写SD卡时，会出来写多次后出现写错误的情况。

问题原因1：

可能是通过APB2总线往FIFO装填数时，发生了中断，导致总线被占用或其他资源被占用，从而无法及时完成FIFO的装填，而后面从FIFO取数的频率又非常快，导致无法取到数。

解决方案1：

在调用f_write之前调用 __disable_irq() 接口关闭中断，写操作完成后调用 __enable_irq()接口启用中断：

__disable_irq()；

if(FR_OK ==f_write())

{ }

else

{}

__disable_irq() ;

优点：简单

缺点：在写操作期间CPU无法响应中断

问题原因2：

SD卡写的时候出现了坏块，导致写不成功，在写失败时需要重试一下。

解决方案2：

重写bsp_driver_sd.c文件中的BSP_SD_WriteBlocks函数是_weak 函数，可以在自己的源文件myfile.c中重写该函数，当写发生错误后，清除错误标记，再重试几次即可，在我的单片机上，一般第一次重试即可成功

uint8_t BSP_SD_WriteBlocks(uint32_t *pData, uint32_t WriteAddr, uint32_t NumOfBlocks, uint32_t Timeout)

{

int i;

for (i = 1; i <= TY_SDIO_RETRY_MAX; i ++)

{

if (HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, (uint8_t *)pData, WriteAddr, NumOfBlocks, Timeout) == HAL_OK)

{

if (i > 1)

printf(“[INFO] SDIO writing succeeded: retry %d.\n”, i);

return (MSD_OK); // Succeeded

}

else

{

printf(“[ERROR] SDIO writing failure: retry %d, error code %#x, addr %#x, %u blocks.\n”,

i, hsd.ErrorCode, WriteAddr, NumOfBlocks);

HAL_SD_Abort(&hsd); //clear error flag

}

return (MSD_ERROR);

}

优点：上层应用软件不需要更改，也不需要禁用中断

缺点：频率较高时（我的是30MHZ）时，经常会发生写重试

问题原因3：

写速度太快，导致FIFO来不及装填，产生错误，需要降速。

解决方案3：

更改sdio.c中的MX_SDIO_SD_Init函数，将hsd.Init.ClockDiv设置为48分频，即SDIO的频率为主频除以48，我这里为72/48=1.5MHz。

优点：非常简单；无需禁用中断；无需对上层软件进行修改。

缺点：降低了写速度

我这里选择的时第3种，降低SD卡的读写速度

将这里的分频系数修改为48，速度就为72MHz/48.

注意事项：

在挂载SD卡，文件打开，完成一次读或写操作之后，要尽量关闭文件，取消SD卡挂载，下一次操作重新挂载和打开。