關(guān)于PWM實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放的詳細(xì)過(guò)程

事實(shí)上大部分MCU都可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放

下面是一段音頻數(shù)據(jù)的波形

局部放大圖：

以一定的速度采樣（ADC）這些波形進(jìn)行存儲(chǔ)，就是音頻數(shù)據(jù)了，所以播放就是按原來(lái)采樣的速率再用DAC輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)即可。

這里的音頻有兩個(gè)主要的參數(shù)，采樣速率和采樣位數(shù)。

采樣速率：指1s中采樣多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，比如1s種采集16000個(gè)點(diǎn)，那么采樣率就是16KHz。采樣速率越高，越能抓到頻率較高的聲音，比如CD的采樣率就是44.1KHz，確保人耳能聽(tīng)到的聲音都會(huì)被抓到。

采樣位數(shù)：指音頻幅度最大值與最小值分為了多少階，比如滿幅度是3.3V，如果是8Bit位數(shù)，那么每一階就是3.3V/256 = 12.89mv，采樣位數(shù)越高，聲音細(xì)節(jié)越好。所以采樣速率和位數(shù)越高，聲音還原越逼真，但存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也越大，一首三四分鐘的歌曲，如果不采用編碼按原始波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)量有好幾十兆大小，這涉及到音頻編碼的問(wèn)題，這里不展開(kāi)講了，有興趣的同學(xué)可以找相關(guān)資料。

接下來(lái)看怎么播放，最簡(jiǎn)單的當(dāng)然是把采樣（ADC）的數(shù)據(jù)按原樣輸出（DAC）了。但我們有些芯片本身不帶有DAC，所以只能用PWM代替DAC，PWM即脈沖寬度調(diào)制。這里只需要把DAC的幅度值轉(zhuǎn)換成PWM的占空比即可，例如16KHz 8Bit的聲音轉(zhuǎn)換成16Khz 256階占空比的PWM。但有一個(gè)問(wèn)題，如果用16KHz的PWM播放語(yǔ)音，聲音是可以播放，但有一個(gè)16Khz的諧波存在，這個(gè)聲音會(huì)被人耳聽(tīng)到，所以需要更高頻率的PWM，數(shù)據(jù)還是按照16Khz更新。

我這里使用32KHz的PWM，用16KHz 8Bit PCM格式的音頻數(shù)據(jù)，8Bit的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)Byte，16KHz采樣，1秒種占用存儲(chǔ)空間就是16K Byte，F(xiàn)429有2M Byte的Flash存儲(chǔ)空間，理論上可以存儲(chǔ)2048K/16K = 128秒的音頻。

下面是用NucleoF429實(shí)現(xiàn)音頻播放的具體過(guò)程：

一、配置PWM

1、用STM32CubeMx建立工程，配置兩個(gè)定時(shí)器TIM1和TIM2，TIM用于PWM產(chǎn)生，TIM2用于16KHz數(shù)據(jù)更新。

TIM1選擇PWM互補(bǔ)輸出（單通道也可以），將PE8和PE9復(fù)用為PWMN和PWMP。

TIM1在APB2總線上，TIM2在APB1總線上

所以TIM1和TIM2的時(shí)鐘頻率分別為180M和90M，系統(tǒng)時(shí)鐘用HSE輸入的8MHz。

將TIM1設(shè)置為32KHz，即31.25us。8Bit占空比，一個(gè)LSB為31.25us / 256 = 0.1220703125us = 8.192MHz，TIM1 180M / 8.192M = 21.97265625，這里取整數(shù)22。所以實(shí)際的PWM頻率為1/（180 / 22） *256 = 31.289us = 31.96KHz

TIM2 為90MHz，45分頻后為2MHz即0.5us，周期125即62.5us = 16KHz。

NVIC開(kāi)啟TIM2中斷。生成工程名和目錄后生成Keil工程。

二、播放語(yǔ)音

1、先編譯后，編寫(xiě)TIM中斷服務(wù)程序。

完成后，開(kāi)啟TIM2中斷和PWM，（PWM是互補(bǔ)輸出，需要單獨(dú)開(kāi)啟各個(gè)通道）

用邏輯分析儀測(cè)量輸出波形。

如圖所示，TIM1 PWM為31.96KHz，TIM2為62.5us即16KHz，結(jié)果正確。

接下來(lái)處理音頻：

這里使用的音頻是PCM格式，是未進(jìn)行壓縮編碼的原始數(shù)據(jù)，可以直接給PWM輸出。

音頻處理的軟件有許多，只要能把格式轉(zhuǎn)為PCM即可，下面是我用Cool Edit這款軟件做的音頻格式轉(zhuǎn)換。

選擇菜單 文件--》批量轉(zhuǎn)換

選擇新的采樣率和采樣位數(shù)。

選擇PCM格式。設(shè)置輸出目錄后運(yùn)行批處理完成轉(zhuǎn)換。

完成后的音頻文件用WinHeX這個(gè)軟件打開(kāi)。

圖中紅框中的44個(gè)Byte為PCM格式的文件頭信息，后面的的數(shù)據(jù)為音頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)全選后利用WinHex的可選格式復(fù)制

將數(shù)據(jù)以C數(shù)組的形式導(dǎo)出，在工程目錄下新建.h文件，將復(fù)制的文件粘帖到.H文件并在工程中Include進(jìn)來(lái)，定義起始和結(jié)束地址，數(shù)組的大小即為文件結(jié)束地址，數(shù)組用const修飾，可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash中。

在TIM2中，以16KHz的速度更新PWM數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)音頻播放。

編譯工程，下載到NucleoF429板子上，在PE8或PE9上接一個(gè)喇叭即可聽(tīng)到聲音。

以上用的音頻采樣是16K 8Bit，要想提高音質(zhì)，提高采樣和Bit數(shù)即可，音量可以用外接三極管或功放放大，音頻數(shù)據(jù)也可以用ADC采集后存儲(chǔ)到SPI Flash后播放，實(shí)現(xiàn)錄音回放。

編輯：lyn