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第五十二章 音乐播放器实验 ALIENTEK 阿波罗 STM32F767 开发板拥有串行音频接口（SAI），支持 I2S、LSB/MSB 对其、PCM/DSP、TDM 和 AC’97 等协议，且外扩了一颗 HIFI 级 CODEC 芯片：WM8978G，支 持最高 192K 24BIT 的音频播放，并且支持录音（下一章介绍）。本章，我们将利用阿波罗 STM32F767 开发板实现一个简单的音乐播放器（仅支持 WAV 播放）。本章分为如下几个部： 52.1 WAV&WM8978&SAI 简介 52.2 硬件设计 52.3 软件设计 52.4 下载验证 52.1 WAV&WM8978&SAI 简介 本章新知识点比较多，包括：WAV、WM8978 和 SAI 等三个知识点。下面我们将分别向 大家介绍。 52.1.1 WAV 简介 WAV 即 WAVE 文件，WAV 是计算机领域最常用的数字化声音文件格式之一，它是微软 专门为 Windows 系统定义的波形文件格式（Waveform Audio），由于其扩展名为"*.wav"。它 符合 RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存 Windows 平台的音频信息资源， 被 Windows 平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持 MSADPCM，CCITT A LAW 等多种 压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，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！ WAV 一般采用线性 PCM（脉冲编码调制）编码，本章，我们也主要讨论 PCM 的播放， 因为这个最简单。 WAV 文件是由若干个 Chunk 组成的。按照在文件中的出现位置包括：RIFF WAVE Chunk、 Format Chunk、 Fact Chunk(可选)和 Data Chunk。每个 Chunk 由块标识符、数据大小和数 据三部分组成，如图 52.1.1.1 所示： 图 52.1.1.1 Chunk 结构示意图 其中块标识符由 4 个 ASCII 码构成，数据大小则标出紧跟其后的数据的长度（单位为字节）， 注意这个长度不包含块标识符和数据大小的长度，即不包含最前面的 8 个字节。所以实际 Chunk 的大小为数据大小加 8。 首先，我们来看看 RIFF 块（RIFF WAVE Chunk），该块以“RIFF”作为标示，紧跟 wav 文件大小（该大小是 wav 文件的总大小-8），然后数据段为“WAVE”，表示是 wav 文件。RIFF 块的 Chunk 结构如下： //RIFF 块 typedef __packed struct { u32 ChunkID; //chunk id;这里固定为"RIFF",即 0X46464952 u32 ChunkSize ; //集合大小;文件总大小-8 u32 Format; //格式;WAVE,即 0X45564157 }ChunkRIFF ; 接着，我们看看 Format 块（Format Chunk），该块以“fmt ”作为标示（注意有个空格！）， 一般情况下，该段的大小为 16 个字节，但是有些软件生成的 wav 格式，该部分可能有 18 个字 节，含有 2 个字节的附加信息。Format 块的 Chunk 结构如下： //fmt 块 typedef __packed struct { u32 ChunkID; //chunk id;这里固定为"fmt ",即 0X20746D66 u32 ChunkSize ; //子集合大小(不包括 ID 和 Size);这里为:20. u16 AudioFormat; //音频格式;0X10,表示线性 PCM;0X11 表示 IMA ADPCM u16 NumOfChannels; //通道数量;1,表示单声道;2,表示双声道; u32 SampleRate; //采样率;0X1F40,表示 8Khz u32 ByteRate; //字节速率; u16 BlockAlign; //块对齐(字节); u16 BitsPerSample; //单个采样数据大小;4 位 ADPCM,设置为 4 }ChunkFMT; 接下来，我们再看看 Fact 块（Fact Chunk），该块为可选块，以“fact”作为标示，不是 每个 WAV 文件都有，在非 PCM 格式的文件中，一般会在 Format 结构后面加入一个 Fact 块， 该块 Chunk 结构如下： //fact 块 typedef __packed struct { u32 ChunkID; //chunk id;这里固定为"fact",即 0X74636166; u32 ChunkSize ; //子集合大小(不包括 ID 和 Size);这里为:4. u32 DataFactSize; //数据转换为 PCM 格式后的大小 }ChunkFACT; DataFactSize 是这个 Chunk 中最重要的数据，如果这是某种压缩格式的声音文件，那么从 这里就可以知道他解压缩后的大小。对于解压时的计算会有很大的好处！不过本章我们使用的 是 PCM 格式，所以不存在这个块。 最后，我们来看看数据块（Data Chunk），该块是真正保存 wav 数据的地方，以“data” '作为该 Chunk 的标示，然后是数据的大小。数据块的 Chunk 结构如下： //data 块 typedef __packed struct { u32 ChunkID; //chunk id;这里固定为"data",即 0X61746164 u32 ChunkSize ; //子集合大小(不包括 ID 和 Size);文件大小-60. }ChunkDATA; ChunkSize 后紧接着就是 wav 数据。根据 Format Chunk 中的声道数以及采样 bit 数，wav 数据的 bit 位置可以分成如表 52.1.1.1 所示的几种形式： 表 52.1.1.1 WAVE 文件数据采样格式 本章，我们播放的音频支持：16 位和 24 位，立体声，所以每个取样为 4/6 个字节，低字 节在前，高字节在后。在得到这些 wav 数据以后，通过 I2S 丢给 WM8978，就可以欣赏音乐了。 52.1.2 WM8978 简介 WM8978 是欧胜（Wolfson）推出的一款全功能音频处理器。它带有一个 HI-FI 级数字信号 处理内核，支持增强 3D 硬件环绕音效，以及 5 频段的硬件均衡器，可以有效改善音质；并有 一个可编程的陷波滤波器，用以去除屏幕开、切换等噪音。 WM8978 同样集成了对麦克风的支持，以及用于一个强悍的扬声器功放，可提供高达 900mW 的高质量音响效果扬声器功率。 一个数字回放限制器可防止扬声器声音过载。WM8978 进一步提升了耳机放大器输出功率， 在推动 16 欧姆耳机的时候，每声道最大输出功率高达 40 毫瓦！可以连接市面上绝大多数适合 随身听的高端 HI-FI 耳机。 WM8988 的主要特性有： ●I2S 接口，支持最高 192K,24bit 音频播放 ●DAC 信噪比 98dB；ADC 信噪比 90dB ●支持无电容耳机驱动（提供 40mW@16Ω的输出能力） ●支持扬声器输出（提供 0.9W@8Ω的驱动能力） ●支持立体声差分输入/麦克风输入 ●支持左右声道音量独立调节 ●支持 3D 效果，支持 5 路 EQ 调节 WM8978 的控制通过 I2S 接口（即数字音频接口）同 MCU 进行音频数据传输（支持音频接收 和发送），通过两线（MODE=0，即 IIC 接口）或三线（MODE=1）接口进行配置。WM8978 的 I2S 接口，由 4 个引脚组成： 1，ADCDAT:ADC 数据输出 2，DACDAT：DAC 数据输入 3，LRC：数据左/右对齐时钟 4，BCLK：位时钟，用于同步 WM8978 可作为 I2S 主机，输出 LRC 和 BLCK 时钟，不过我们一般使用 WM8978 作为从机，接 收 LRC 和 BLCK。另外，WM8978 的 I2S 接口支持 5 中不同的音频数据模式：左（MSB）对齐标准、 右（LSB）对齐标准、飞利浦（I2S）标准、DSP 模式 A 和 DSP 模式 B。本章，我们用飞利浦标准 来传输 I2S 数据。 飞利浦（I2S）标准模式，数据在跟随 LRC 传输的 BCLK 的第二个上升沿时传输 MSB，其他 位一直到 LSB 按顺序传输。传输依赖于字长、BCLK 频率和采样率，在每个采样的 LSB 和下一个 采样的 MSB 之间都应该有未用的 BCLK 周期。飞利浦标准模式的 I2S 数据传输协议如图 52.1.2.1 所示： 图 52.1.2.1 飞利浦标准模式 I2S 数据传输图 图中，fs 即音频信号的采样率，比如 44.1Khz，因此可以知道，LRC 的频率就是音频信号 的采样率。另外，WM8978 还需要一个 MCLK，本章我们采用 STM32F767 为其提供 MCLK 时钟，MCLK 的频率必须等于 256fs，也就是音频采样率的 256 倍。 WM8978 的框图如图 52.1.2.2 所示： 图 52.1.2.2 WM8978 框图 从上图可以看出，WM8978 内部有很多的模拟开关，用来选择通道，同时还有很多调节器， 用来设置增益和音量。 本章，我们通过 IIC 接口（MODE=0）连接 WM8978，不过 WM8978 的 IIC 接口比较特殊： 1，只支持写，不支持读数据；2，寄存器长度为 7 位，数据长度为 9 位。3，寄存器字节的最低 位用于传输数据的最高位（也就是 9 位数据的最高位，7 位寄存器的最低位）。WM8978 的 IIC 地址固定为：0X1A。关于 WM8978 的 IIC 详细介绍，请看其数据手册第 77 页。 这里我们简单介绍一下要正常使用 WM8978 来播放音乐，应该执行哪些配置。 1，寄存器 R0（00h），该寄存器用于控制 WM8978 的软复位，写任意值到该寄存器地址， 即可实现软复位 WM8978。 2，寄存器 R1（01h），该寄存器主要要设置 BIASEN（bit3），该位设置为 1，模拟部分 的放大器才会工作，才可以听到声音。 3，寄存器 R2（02h），该寄存器要设置 ROUT1EN(bit8)，LOUT1EN(bit7)和 SLEEP(bit6) 等三个位，ROUT1EN 和 LOUT1EN，设置为 1，使能耳机输出，SLEEP 设置为 0，进入正 常工作模式。 4，寄存器 R3（03h），该寄存器要设置 LOUT2EN(bit6)，ROUT2EN(bit5)，RMIXER(bit3)， LMIXER(bit2)，DACENR(bit1)和 DACENL(bit0)等 6 个位。LOUT2EN 和 ROUT2EN，设置 为 1，使能喇叭输出；LMIXER 和 RMIXER 设置为 1，使能左右声道混合器；DACENL 和 DACENR 则是使能左右声道的 DAC 了，必须设置为 1。 5，寄存器 R4（04h），该寄存器要设置 WL(bit6:5)和 FMT(bit4:3)等 4 个位。WL(bit6:5)用 于设置字长（即设置音频数据有效位数），00 表示 16 位音频，10 表示 24 位音频；FMT(bit4:3) 用于设置 I2S 音频数据格式（模式），我们一般设置为 10，表示 I2S 格式，即飞利浦模式。 6，寄存器 R6（06h），该寄存器我们直接全部设置为 0 即可，设置 MCLK 和 BCLK 都来 自外部，即由 STM32F767 提供。 7，寄存器 R10（0Ah），该寄存器我们要设置 SOFTMUTE(bit6)和 DACOSR128(bit3)等两 个位，SOFTMUTE 设置为 0，关闭软件静音；DACOSR128 设置为 1，DAC 得到最好的 SNR。 8，寄存器 R43（2Bh），该寄存器我们只需要设置 INVROUT2 为 1 即可，反转 ROUT2 输 出，更好的驱动喇叭。 9，寄存器 R49（31h），该寄存器我们要设置 SPKBOOST(bit2)和 TSDEN(bit1)这两个位。 SPKBOOST 用于设置喇叭的增益，我们默认设置为 0 就好了（gain=-1），如想获得更大的 声音，设置为 1（gain=+1.5）即可；TSDEN 用于设置过热保护，设置为 1（开启）即可。 10，寄存器 R50（32h）和 R51（33h），这两个寄存器设置类似，一个用于设置左声道（R50）， 另外一个用于设置右声道（R51）。我们只需要设置这两个寄存器的最低位为 1 即可，将 左右声道的 DAC 输出接入左右声道混合器里面，才能在耳机/喇叭听到音乐。 11，寄存器 R52（34h）和 R53（35h），这两个寄存器用于设置耳机音量，同样一个用于 设置左声道（R52），另外一个用于设置右声道（R53）。这两个寄存器的最高位（HPVU） 用于设置是否更新左右声道的音量，最低 6 位用于设置左右声道的音量，我们可以先设置 好两个寄存器的音量值，最后设置其中一个寄存器最高位为 1，即可更新音量设置。 12，寄存器 R54（36h）和 R55（37h），这两个寄存器用于设置喇叭音量，同 R52，R53 设置一模一样，这里就不细说了。 以上，就是我们用 WM8978 播放音乐时的设置，按照以上所述，对各个寄存器进行相应的 配置，即可使用 WM8978 正常播放音乐了。还有其他一些 3D 设置，EQ 设置等，我们这里就 不再介绍了，大家参考 WM8978 的数据手册自行研究下即可。 52.1.3 SAI 简介 STM32F767 自带了两个串行音频接口（SAI1 和 SAI2），SAI 具有灵活性高、配置多样的 特点。可以支持：I2S 标准、LSB 或 MSB 对齐、PCM/DSP、TDM 和 AC’97 等协议，适用于 多声道或单声道应用。 SAI 通过两个完全独立的音频子模块来实现这种灵活性与可配置性，每个音频子模块与多 达 4 个引脚（SD、SCK、FS 和 MCLK）相连。如果将两个子模块声明为同步模块，则其中一 些引脚可以共用，从而可释放一些引脚用作通用 I/O。MCLK 引脚是否用作输出引脚取决于实 际应用和解码的要求以及音频模块是否配置为主模块。SAI 可以配置为主模式或配置为从模式。 音频子模块既可作为接收器，又可作为发送器；既可与另一模块同步，又可以不同步。 STM32F767 自带的 SAI 接口特点有： ●具有两个独立的音频子模块，子模块既可作为接收器，也可作为发送器，并自带 FIFO ●每个音频子模块集成多达 8 个字，每个字 32 位的 FIFO ●两个音频子模块间可以是同步或异步模式 ●两个音频子模块的主/从配置相互独立 ●当两个音频子模块都配置为主模式时，每个子模块可设置互相独立的采样率 ●数据大小可配置：8 位、10 位、16 位、20 位、24 位或 32 位 ●支持：I2S、LSB 或 MSB 对齐、PCM/DSP、TDM 和 AC’97 等音频协议 ●高达 16 个大小可配置的 Slot，可选择音频帧中的哪些 Slot 有效 ●支持 LSB 或 MSB 数据传输 ●支持 DMA，有 2 个专用通道，用于处理对每个 SAI 音频子模块的专用集成 FIFO 的访问 STM32F767 的 SAI 框图如图 52.1.3.1 所示： 图 52.1.3.1 SAI 框图 本章，我们将用 SAI 接口来驱动 WM8978，而 WM8978 的接口是 I2S 接口的，所以，本章 我们只介绍 SAI 支持 I2S 协议使用的方法，其他协议的使用介绍，请看《STM32F7 中文参考手 册.pdf》第 33 章。 （1）SAI I2S 信号线 SAI 作为 I2S 使用的时候，同 I2S 接口连接的信号线如表 52.1.3.1 所示： 表 52.1.3.1 SAI 同 I2S 接口连接关系表 表中，A/B 表示 SAI 内部的两个独立的音频子模块，可以独立的连接 I2S，也可以共同连 接同一个 I2S（主从同步模式），主从同步模式，常用于全双工 I2S 通信（读/写同时进行）， 主从同步模式，还可以省略一些信号线（SCK/FS/MCLK 等）。 FS_A/B：连接 I2S 的 LRC 脚，用于切换左右声道的数据，它的频率等于音频信号采样率 （fs）。 SCK_A/B：连接 I2S 的 BLCK 脚，用作位时钟，是 I2S 主模式下的串行时钟输出以及从模 式下的串行时钟输入。SCK_A/B 频率= FS_A/B 频率（fs）*slot 个数*单个 slot 大小（slot 后面 介绍）。 SD_A/B：连接 I2S 的 DACDAT/ADCDAT 脚，是数据输入/输出脚，用于发送或接收数据 （单个音频子模块，只能做半双工通信。全双工需要 2 个音频子模块同时工作，使用主从同步 模式）。 MCLK_A/B：连接 I2S 的 MCLK 脚，是主时钟输出脚，固定输出频率为 256×fs，fs 即音 频信号采样频率（fs）。 （2）SAI slot 简介 slot 是 SAI 音频帧中的基本元素，音频帧中 slot 的数目通过 SAI_xSLOTR 寄存器配置，每 个音频帧的 slot 数，最大是 16。在 I2S 模式下，SAI 中 slot 的传输方式如图 52.1.3.2 所示： 图 52.1.3.2 SAI I2S 模式下 slot 传输示意图 上图中，一个音频帧中，slot 的个数为 6 个，每个半帧有 3 个 slot，根据 slot 数与音频帧的 对齐与否又分为两种情况，我们一般设计为 slot 数与音频帧对齐，也就是图 52.1.3.2 中下部分 图所示的传输方式：一个半帧刚好是 3 个 slot，每个 slot 可以传输一个声道的音频数据，这样， 6 个 slot 就可以传输 6 个声道的音频数据。一般音频文件都是立体声，所以只需要 2 个 slot 即 可，每个半帧一个 slot。STM32 的 SAI 最多可以实现 16 声道数据传输（16 个 slot）。 每个 slot 的大小是可以配置的，如图 52.1.3.3 所示： 图 52.1.3.3 slot 大小配置 由图可知，数据大小（DS）可以和 slot 相等，也可以不相等（16bit/32bit），当数据大小 小于 slot 大小的时候，可以通过 SAI_xSLOTR 寄存器的 FBOFF 位设置数据的偏移。各种设置 的约束条件为： FBOFF≤(SLOTSZ-DS) DS≤SLOTSZ NBSLOT*SLOTSZ≤FRL 其中：FBOFF 为数据在 slot 里面的偏移量；SLOTSZ 为单个 slot 的位数；DS 为数据大小 位数；NBSLOT 为一帧中 slot 的个数；FRL 为帧长度（位数）。 在 I2S 模式下，我们配置 slot 大小为 32 位，每一帧 slot 个数为 2 个，偏移量为 0，这样就 可以支持 16~32 位的立体声音乐播放了。 （3）SAI 时钟发生器 SAI 每个音频子模块都有自己的时钟发生器，这样两个模块完全独立，可以同时工作，并 互不干扰。当音频模块定义为主模块时，时钟发生器将产生位时钟（SCK）以及用于外部解码 器的主时钟（MCLK），当音频模块定义为从模块时，时钟发生器将关闭（关 SCK 和 MCLK）。 SAI 的时钟发生器架构如图 52.1.3.4 所示： 图 52.1.3.4 SAI 时钟发生器架构 图中，NODIV，可以用于控制是否使能分频器，我们一般设置为 0，使能分频器。如果设 置为 1，那么分频器将关闭（主分频器和位时钟分频器都关闭），MCLK_x（x=A/B，下同）将 无输出，而 SCK_x 则等于 SAI_CK_x。 SAI_CK_x 时钟来自PLLSAI或PLLI2S 的Q分频输出，随后经过主时钟分频器（MCKDIV） 分频，作为主时钟（MCLK）提供给 WM8978，同时，经主分频（MCKDIV）分频后，还会经 由位时钟分频器（FRLP[7:0]）分频，作为位时钟（SCK）提供给 WM8978。 当 MCKDIV[3:0] !=0000 的时候，MCLK_x=SAI_CK_x/(MCKDIV[3:0]*2) 当 MCKDIV[3:0] ==0000 的时候，MCLK_x=SAI_CK_x 位时钟（SCK）计算公式：SCK_x=MCLK_x*(FRL[7:0]+1)/256 其中：256 是 MCLK 和音频采样率之间的固定比率（MCLK 恒等于 fs*256）;FRL[7:0]是音频 帧中的位时钟-1（在 I2S 协议下，必须是奇数，+1 后为偶数）；因此，我们可以得到音频采样 率（fs）的计算公式为： 当 MCKDIV[3:0] !=0000 的时候：fs= SAI_CK_x/(MCKDIV[3:0]*512) 当 MCKDIV[3:0] ==0000 的时候：fs= SAI_CK_x/(256) 其中：SAI_CK_x 来自 PLLI2S/PLLSAI 的 Q 分频，以来自 PLLI2S 为例，计算公式为： SAI_CK_x=(HSE/pllm)*PLLI2SN/PLLI2SQ/(PLLI2SDIVQ+1) HSE 我们是 25Mhz，而 pllm 在系统时钟初始化就确定了，是 25，这样结合以上公式，可 得 fs 的计算公式如下： MCKDIV[3:0] !=0000 时：fs= 1000*PLLI2SN/PLLI2SQ/(PLLI2SDIVQ+1)/(MCKDIV*512) MCKDIV[3:0] ==0000 时：fs=1000*PLLI2SN/PLLI2SQ/(PLLI2SDIVQ+1)/(256) fs 单位是：Khz。其中：PLL2SN 取值范围：192~432；PLLI2SQ 取值范围：2~15；PLLI2SDIVQ 取值范围：0~31；MCKDIV 的值范围：0~15。根据以上约束条件，我们便可以根据 fs 来设置 各个系数的值了，不过很多时候，并不能取得和 fs 一模一样的频率，只能近似等于 fs，比如 44.1Khz 采样率，我们设置 PLL2SN=429，PLL2SQ=2，PLLI2SDIVQ=18，MCKDIV=0，得到 fs=44.0995Khz，误差为：0.0011%。晶振频率决定了有时无法通过分频得到我们所要的 fs，所 以，某些 fs 如果要实现 0 误差，大家必须得选用外部时钟才可以。 如果要通过程序去计算这些系数的值，是比较麻烦的，所以，我们事先计算好常用 fs 对应 的系数值，建立一个表，这样，用的时候，只需要查表取值就可以了，大大简化了代码，常用 fs 对应系数表如下： //表格式:采样率/10,PLLI2SN,PLLI2SQ, PLLI2SDIVQ, MCKDIV const u16 SAI_PSC_TBL[][5]= { {800 ,344,7,0,12}, //8Khz 采样率 {1102,429,2,18,2}, //11.025Khz 采样率 {1600,344,7, 0,6}, //16Khz 采样率 {2205,429,2,18,1}, //22.05Khz 采样率 {3200,344,7, 0,3}, //32Khz 采样率 {4410,429,2,18,0}, //44.1Khz 采样率 {4800,344,7, 0,2}, //48Khz 采样率 {8820,271,2, 2,1}, //88.2Khz 采样率 {9600,344,7, 0,1}, //96Khz 采样率 {17640,271,6,0,0}, //176.4Khz 采样率 {19200,295,6,0,0}, //192Khz 采样率 }; 有了上面的 fs-系数对应表，我们可以很方便的完成 SAI 的时钟配置。 （4）SAI 相关寄存器 接下来，我们看看本章需要用到的一些相关寄存器。 首先，是 SAI 配置寄存器 1：SAI_xCR1(x=A/B，下同)，该寄存器各位描述如图 52.1.3.5 所示： 图 52.1.3.5 寄存器 SAI_xCR1 各位描述 该寄存器的配置，需要在禁止 SAI 的状况下配置，接下来，看看本章我们需要用到的各位 的描述： MODE[1:0]位：00，主发送器；01，主接收器；10，从发送器；11，从接收器。我们用来 播放音乐，设置为 00，就可以了。 PRTCFG[1:0]位：00，自由协议（I2S/LSB/MSB/TDM/PCM/DSP 等）；10，AC’97 协议。 我们使用 I2S 协议，需要设置为 00。 DS[2:0]位：010~111，表示 8/10/16/20/24/32 位数据大小，我们使用的音频一般是 16/24 位， 所以设置这三个位为：100（16 位）或 110（24 位）。 LSBFIRST 位：控制数据传输时是 MSB 还是 LSB，I2S 为 MSB，我们设置该位为 0。 CKSTR 位：设置时钟选通边沿，我们设置为 1，即数据在时钟的上升沿选通。 SYNCEN[1:0]位：00，音频模块异步工作；01，音频模块与另外一个音频模块同步。我们 要控制 WM8978 播放音乐，需要设置音频模工作在异步模式，即设置 SYNCEN[1:0]=00。 MONO 位：用于设置单声道/立体声模式，我们设置为 0，工作在立体声模式。 OUTDIV 位：0，当 SAIEN 置 1 时，驱动音频模块输出；1，在该位设置为 1 后，立即驱 动音频模块输出。这里我们设置为 1。 SAIxEN 位：0，禁止音频模块；1，使能音频模块；注意：必须在所有 SAI 配置完成以后， 才设置该位为 1。 DMAEN 位：DMA 使能位，0，禁止 DMA；1，使能 DMA；我们设置为 1，使能 DMA。 NODIV 位：0，使能主时钟和位时钟分频器；1，禁止主时钟和位时钟分频器；我们一般设 置为 0。 MCKDIV[3:0]：主时钟分频器，当设置为 0000 时，表示 1 分频；其他情况，则分频值为： MCKDIV[3:0]*2；我们需要根据音频采样率(fs)的不同来设置不同的值。 第二个是 SAI 帧配置寄存器：SAI_xFRCR，该寄存器各位描述如图 52.1.3.6 所示： 图 52.1.3.6 寄存器 SAI_xFRCR 各位描述 FRL[7:0]位：帧长度设置位，它等于音频帧中 SCK 的个数-1。FRL 的最小值为 8，最大值 为 256，且 FRL+1 应该为偶数，并且是 2 的指数倍关系。 FSALL[6:0]位：帧同步有效电平长度，用于指定 FS 信号的有效电平长度，即高电平/低电 平的宽度，应该等于帧长度的一半。计算方法为：FSALL=(FRL+1)/2-1。 FSDEF 位：帧同步定义，0，FS 信号为起始帧信号；1，FS 信号为 SOF 信号+通道识别信 号。使用 I2S 协议的时候，我们设置 FS 为 1。 FSPOL 位：帧同步极性设置，0，FS 低电平有效（下降沿）；1，FS 高电平有效（上升沿）； 我们设置为 FS 低电平有效，即 FSPOL 位为 0。 FSOFF：帧同步偏移，0，在 slot0 的第一位上使能 FS；1，在 slot0 的第一位的前一位上使 能 FS。使用 I2S 协议时，需要设置 FSOFF 位为 1，以匹配 I2S 协议（见图 52.1.2.1）。 第三个是 SAI slot 寄存器：SAI_xSLOTR，该寄存器各位描述如图 52.1.3.7 所示： 图 52.1.3.7 寄存器 SAI_xSLOTR 各位描述 FBOFF[4:0]位：设置第一个位的偏移量，用于设置 slot 中第一个数据传输位的位置，它表 示一个偏移值。由于前面我们设置了 FSOFF 位，所以，我们设置 FBOFF=0 即可。 SLOTSZ[1:0]位：设置 slot 大小，00，slot 大小等于数据大小；01，16 位；10，32 位；我 们设置 SLOTSZ 为 10（32 位），以支持最高 32 位音频的播放。 NBSLOT[3:0]位：设置音频帧中 slot 的个数（设置值+1）。比如我们用立体声，使用 2 个 slot 就够了，所以设置 NBSLOT=1 即可。 SLOTEN[15:0]位：设置 slot 使能，每个位表示 1 个 slot，最多是 16 个 slot。我们使用 2 个 slot（即 slot0 和 slot1），所以，设置 SLOTEN 的最低 2 位为 1 即可。 第四个是 PLLI2S 配置寄存器：RCC_PLLI2SCFGR，该寄存器各位描述如图 52.1.3.8 所示： 图 52.1.3.8 寄存器 RCC_PLLI2SCFGR 各位描述 该寄存器用于配置 PLLI2SQ 和 PLLI2SN 两个系数，PLLI2SQ 的取值范围是：2~15，PLLI2SN 的取值范围是：49~432。同样，这两个也是根据 fs 的值来设置的。 第五个是 RCC 专用时钟配置寄存器 1：RCC_DCKCFGR1，该寄存器各位描述如图 52.1.3.9 所示： 图 52.1.3.9 寄存器 RCC_DCKCFGR1 各位描述 该寄存器用于配置 SAI1 和 SAI2 的时钟源（SAI1SEL[1:0]和 SAI2SEL[1:0]），以及分频系 数（PLLSAIDIVQ 和 PLLI2SDIVQ）。我们使用 SAI 1 来驱动 WM8978，且时钟源为 PLLI2S， 所以，需要设置 SAI1SEL[1:0]为 01，得到 SAI1_CK_x=PLLI2S_Q/PLLI2SDIVQ，其中，PLLI2S_Q 和 PLLI2SDIVQ 是根据 fs 的值来设置的。 第六个是 SAI 数据寄存器：SAI_xDR，该寄存器各位描述如图 52.1.3.10 所示： 图 52.1.3.10 寄存器 SAI_xDR 各位描述 当我们需要向 WM8978 发送音频数据的时候，通过写这个寄存器，就可以实现。不过，我 们采用 DMA 来传输，所以直接设置 DMA 的外设地址为 SAI_xDR 即可。 此外，使用 FIFO 的时候，还要用到 SAI_xCR2 寄存器设置 FIFO 阈值和刷新，我们这里就 不做多的介绍了，请大家参考《STM32F7 中文参考手册.pdf》第 33.3.8 节。 SAI 的相关寄存器，就给大家介绍到这里。 （5）SAI 初始化步骤 最后，我们看看要通过 STM32F7 的 SAI，驱动 WM8978 播放音乐的简要步骤。SAI 相关 的库函数定义和声明分布在源文件 stm32f7xx_hal_sai.c/stm23f7xx_hal_sai_ex.c 以及头文件 stm32f7xx_hal_sai.h 中。具体步骤如下： 1）初始化 WM8978 这个过程就是在 50.1.2 节最后那十几个寄存器的配置，包括软复位、DAC 设置、输出设置 和音量设置等。 2）初始化 SAI 此过程主要设置 SAI_xCR1、SAI_xFRCR 和 SAI_xSLOTR 等寄存器，设置 SAI 工作模式、 协议、时钟电平特性、slot 相关参数等。HAL 库 SAI 初始化函数为：HAL_SAI_Init，声明如下： HAL_StatusTypeDef HAL_SAI_Init(SAI_HandleTypeDef *hsai); 该函数只有一个入口参数 hsai，该参数为 SAI_HandleTypeDef 结构体指针类型。 SAI_HandleTypeDef 结构体定义如下： typedef struct __SAI_HandleTypeDef{ SAI_Block_TypeDef*Instance; SAI_InitTypeDefInit; SAI_FrameInitTypeDefFrameInit; SAI_SlotinitTypeDefSlotInit; uint8_t*pBuffPtr; uint16_tXferSize; uint16_tXferCount; DMA_HandleTypeDef*hdmatx; DMA_HandleTypeDef*hdmarx; SAIcallbackmutecallback; void (*InterruptServiceRoutine)(struct __SAI_HandleTypeDef *hsai); HAL_LockTypeDef Lock; __IO HAL_SAI_StateTypeDef State; __IO uint32_t ErrorCode; }SAI_HandleTypeDef;该结构体成员变量比较多，大致会分为如下几种： 第一种是初始化结构体变量 Init，FrameInit，和 SlotInit，这三个成员变量都是结构体类型， 分别用来初始化 SAI 的工作模式，协议，时钟电平特性和 slot 相关参数。 第二种是 HAL 库中处理 SAI 接口通信的数据指针 pBuffPtr，传输数据大小 XferSize 和剩余 数据量 XferCount 三个变量，这和串口通信很相似。 第三种是 hdmatx 和 hdmarx，为 DMA_HandleTypeDef 结构体指针类型，指向 DMA 句柄。 第四种是回调函数 mutecallback 和 InterruptServiceRoutine。 第五种是 HAL 库中间过程变量。 这里我们主要讲解 Init，FrameInit，和 SlotInit 三个初始化结构体变量。 成员变量 Init 是 SAI_InitTypeDef 结构体类型，该结构体定义为： typedef struct { uint32_t AudioMode; //音频模块模式 主/从 发送/接收 器 uint32_t Synchro; //同步使能：异步/同步 uint32_t SynchroExt; uint32_t OutputDrive;//输出驱动：立即驱动音频模块输出还是当 SAIEN 置 1 后输出 uint32_t NoDivider; //主时钟分频器使能/失能 uint32_t FIFOThreshold; //FIFO 阈值 uint32_t ClockSource; //SAI 时钟源选择 uint32_t AudioFrequency; //音频频率 uint32_t Mckdiv; //主时钟分频器系数 uint32_t MonoStereoMode; //模式：单声道还是立体声 uint32_t CompandingMode;//压扩模式设置 uint32_t TriState; //数据线的三态管理 uint32_t Protocol;//协议配置：自由协议还是 AC’97 协议 uint32_t DataSize;//数据大小：8/10/16/20/24/32 位 uint32_t FirstBit;// MSB 还是 LSB 在先 uint32_t ClockStrobing; //时钟选通边沿，SCK 上升沿还是下降沿 }SAI_InitTypeDef; 该结构体主要用来配置 SAI_xCR1 寄存器，各个成员变量含义我们已经注释了，如有不理 解的地方请参考 SAI_xCR1 寄存器定义。 成员变量 FrameInit 是 SAI_FrameInitTypeDef 结构体类型，用来进行帧设置，主要是配置 SAI_xFRCR 寄存器。结构体 SAI_FrameInitTypeDef 定义为： typedef struct { uint32_t FrameLength; //帧长度 uint32_t ActiveFrameLength; //帧同步有效电平长度 uint32_t FSDefinition; //帧同步定义 uint32_t FSPolarity; //帧同步极性设置 uint32_t FSOffset; //帧同步偏移设置 }SAI_FrameInitTypeDef; 该结构体各个成员变量含义就比较好理解了，在讲解SAI_xFRCR寄存器的时候都有提到， 这里我们同样也在每个成员变量后面注释了。 成员变量 SlotInit 是 SAI_SlotInitTypeDef 结构体类型，用来进行 SLOT 设置，主要是配置 SAI_xSLOTR 寄存器。结构体 SAI_SlotInitTypeDef 定义为： typedef struct { uint32_t FirstBitOffset; //第一个位的偏移量 uint32_t SlotSize; //设置 slot 大小 uint32_t SlotNumber; //设置音频帧中 slot 个数 uint32_t SlotActive; //设置 slot 使能 }SAI_SlotInitTypeDef; 该结构体各个成员变量含义同样比较好理解，我们都有注释，不理解的地方请参考寄存器 SAI_xSLOTR 各位定义。 关于 HAL_SAI_Init 的使用实例这里基于篇幅考虑我们就不列出来了，详情请参考软件设 计小节源码。 HAL 库同样提供了 SAI 初始化 MSP 回调函数 HAL_SAI_MspInit，定义如下： void HAL_SAI_MspInit(SAI_HandleTypeDef *hsai); 关于回调函数使用方法，这里我们就不做过多讲解了。 3）解析 WAV 文件，获取音频信号采样率和位数并设置 SAI 时钟分频器 这里，要先解析 WAV 文件，取得音频信号的采样率（fs）和位数（16 位或 24 位），根据 这两个参数，来设置 SAI 的时钟分频，这里我们用前面介绍的查表法来设置即可。我们在设置 完采样率和时钟分频后，便可以使能 SAI 了。 4）设置 DMA SAI 播放音频的时候，一般都是通过 DMA 来传输数据的，所以必须配置 DMA，本章我们 用 SAI 的子模块 A，其 TX 是使用的 DMA2 数据流 3 的通道 0 来传输的。并且，STM32F7 的 DMA 具有双缓冲机制，这样可以提高效率，大大方便了我们的数据传输，本章将 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）。DMA 配置过程请参考实验源码，并对照第二十八章 DMA 实验讲解 学习。 5）编写 DMA 传输完成中断服务函数 为了方便填充音频数据，我们使用 DMA 传输完成中断，每当一个缓冲数据发送完后，硬 件自动切换为下一个缓冲，同时进入中断服务函数，填充数据到发送完的这个缓冲。过程如图 50.1.3.11 所示： 图 50.1.3.11 DMA 双缓冲发送音频数据流框图 6）开启 DMA 传输，填充数据 最后，我们就只需要开启 DMA 传输，然后及时填充 WAV 数据到 DMA 的两个缓存区即 可。此时，就可以在 WM8978 的耳机和喇叭通道听到所播放音乐了。 52.2 硬件设计 本章实验功能简介：开机后，先初始化各外设，然后检测字库是否存在，如果检测无问题， 则开始循环播放 SD 卡 MUSIC 文件夹里面的歌曲（必须在 SD 卡根目录建立一个 MUSIC 文件 夹，并存放歌曲（仅支持 wav 格式）在里面），在 TFTLCD 上显示歌曲名字、播放时间、歌 曲总时间、歌曲总数目、当前歌曲的编号等信息。KEY0 用于选择下一曲，KEY2 用于选择上 一曲，KEY_UP 用来控制暂停/继续播放。DS0 还是用于指示程序运行状态。 本实验用到的资源如下： 1） 指示灯 DS0 2） 三个按键（KEY_UP/KEY0/KEY1） 3） 串口 4） LCD 模块 5） SD 卡 6） SPI FLASH 7） WM8978 8） SAI 这些硬件我们都已经介绍过了，不过 WM8978 和 STM32F767 的连接，还没有介绍，连接 如图 52.2.1 所示： 图 52.2.1 WM8978 与 STM32F767 连接原理图 图中，PHONE 接口，可以用来插耳机，SPK+和 SPK-连接了板载的喇叭（在开发板底部）。 硬件上，IIC 接口和 24C02 等芯片共用。 本实验，大家需要准备 1 个 SD 卡（在里面新建一个 MUSIC 文件夹，并存放一些 wav 歌 曲在 MUSIC 文件夹下），然后下载本实验就可以听歌了。 52.3 软件设计 打开本章实验工程可以看到，我们在工程中新建了 AUDIOCODEC 分组和 APP 分组，分别 添加了 wavplay.c 文件和 audioplay.c 文件。同时在 HARDWARE 分组之下添加了 wm8978.c 文件 和 sai.c 文件。 本章代码比较多，我们就不全部贴出来给大家介绍了，这里仅挑一些重点函数给大家介绍 下。首先是 sai.c 里面，重点函数代码如下： //SAI Block A 初始化,I2S,飞利浦标准//mode:工作模式,可以设置:SAI_MODEMASTER_TX///SAI_MODEMASTER_RX/SAI_MODESLAVE_TX/SAI_MODESLAVE_RX//cpol:数据在时钟的上升/下降沿选通，可以设置//SAI_CLOCKSTROBING_FALLINGEDGE/SAI_CLOCKSTROBING_RISINGEDGE//datalen:数据大小,可以设置：SAI_DATASIZE_8/10/16/20/24/32void SAIA_Init(u32 mode,u32 cpol,u32 datalen){HAL_SAI_DeInit(&SAI1A_Handler);//清除以前的配置 SAI1A_Handler.Instance=SAI1_Block_A; //SAI1 Bock A SAI1A_Handler.Init.AudioMode=mode;//设置 SAI1 工作模式 SAI1A_Handler.Init.Synchro=SAI_ASYNCHRONOUS; //音频模块异步 SAI1A_Handler.Init.OutputDrive=SAI_OUTPUTDRIVE_ENABLE;//立即驱动音频模块输出 SAI1A_Handler.Init.NoDivider=SAI_MASTERDIVIDER_ENABLE;//使能主时钟分频器 SAI1A_Handler.Init.FIFOThreshold=SAI_FIFOTHRESHOLD_1QF;//设置 FIFO 阈值,1/4 FIFO SAI1A_Handler.Init.ClockSource=SAI_CLKSOURCE_PLLI2S; //SIA 时钟源为 PLL2S SAI1A_Handler.Init.MonoStereoMode=SAI_STEREOMODE; //立体声模式 SAI1A_Handler.Init.Protocol=SAI_FREE_PROTOCOL; //设置 SAI1 协议为:自由协议 SAI1A_Handler.Init.DataSize=datalen; //设置数据大小 SAI1A_Handler.Init.FirstBit=SAI_FIRSTBIT_MSB;//数据 MSB 位优先 SAI1A_Handler.Init.ClockStrobing=cpol; //数据在时钟的上升/下降沿选通 //帧设置 SAI1A_Handler.FrameInit.FrameLength=64; //设置帧长度为 64,左/右通道 32 个 SCK SAI1A_Handler.FrameInit.ActiveFrameLength=32;//设置帧同步有效电平长度//在 I2 模式下=1/2 帧长. SAI1A_Handler.FrameInit.FSDefinition=SAI_FS_CHANNEL_IDENTIFICATION;//FS 信号为 SOF 信号+通道识别信号 SAI1A_Handler.FrameInit.FSPolarity=SAI_FS_ACTIVE_LOW; //FS 低电平有效(下降沿) SAI1A_Handler.FrameInit.FSOffset=SAI_FS_BEFOREFIRSTBIT; //在 slot0 的第一位的//前一位使能 FS,以匹配飞利浦标准 //SLOT 设置 SAI1A_Handler.SlotInit.FirstBitOffset=0;//slot 偏移(FBOFF)为 0 SAI1A_Handler.SlotInit.SlotSize=SAI_SLOTSIZE_32B; //slot 大小为 32 位 SAI1A_Handler.SlotInit.SlotNumber=2; //slot 数为 2 个 SAI1A_Handler.SlotInit.SlotActive=SAI_SLOTACTIVE_0|SAI_SLOTACTIVE_1;//使能 slot0 和 slot1 HAL_SAI_Init(&SAI1A_Handler);//初始化 SAI __HAL_SAI_ENABLE(&SAI1A_Handler);//使能 SAI}void HAL_SAI_MspInit(SAI_HandleTypeDef *hsai){……//省略 IO 口初始化代码}const u16 SAI_PSC_TBL[][5]={……//省略代码，见 50.1.3 节};//开启 SAI 的 DMA 功能,HAL 库没有提供此函数//因此我们需要自己操作寄存器编写一个void SAIA_DMA_Enable(void){ u32 tempreg=0; tempreg=SAI1_Block_A->CR1; //先读出以前的设置tempreg|=1<<17; //使能 DMASAI1_Block_A->CR1=tempreg; //写入 CR1 寄存器中}//设置 SAIA 的采样率(@MCKEN)//samplerate:采样率,单位:Hz//返回值:0,设置成功;1,无法设置.u8 SAIA_SampleRate_Set(u32 samplerate){ u8 i=0; RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCCSAI1_Sture;for(i=0;i<(sizeof(SAI_PSC_TBL)/10);i++)//看看改采样率是否可以支持{if((samplerate/10)==SAI_PSC_TBL[0])break;} if(i==(sizeof(SAI_PSC_TBL)/10))return 1;//搜遍了也找不到 RCCSAI1_Sture.PeriphClockSelection=RCC_PERIPHCLK_SAI1; //外设时钟源选择 RCCSAI1_Sture.Sai1ClockSelection=RCC_SAI1CLKSOURCE_PLLSAI; RCCSAI1_Sture.PLLSAI.PLLSAIN=(u32)SAI_PSC_TBL[1]; //设置 PLLSAIN RCCSAI1_Sture.PLLSAI.PLLSAIQ=(u32)SAI_PSC_TBL[2]; //设置 PLLSAIQ RCCSAI1_Sture.PLLSAIDivQ=SAI_PSC_TBL[3]; //设置 PLLSAIDivQ HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCCSAI1_Sture); //设置时钟 __HAL_SAI_DISABLE(&SAI1A_Handler); //关闭 SAI SAI1A_Handler.Init.AudioFrequency=samplerate; //设置播放频率 HAL_SAI_Init(&SAI1A_Handler); //初始化 SAI SAIA_DMA_Enable(); //开启 SAI 的 DMA 功能 __HAL_SAI_ENABLE(&SAI1A_Handler); //开启 SAI return 0;}//SAIA TX DMA 配置//设置为双缓冲模式,并开启 DMA 传输完成中断//buf0:M0AR 地址.//buf1:M1AR 地址.//num:每次传输数据量//width:位宽(存储器和外设,同时设置),0,8 位;1,16 位;2,32 位;void SAIA_TX_DMA_Init(u8* buf0,u8 *buf1,u16 num,u8 width){ u32 memwidth=0,perwidth=0; //外设和存储器位宽 switch(width) { case 0: //8 位 memwidth=DMA_MDATAALIGN_BYTE; perwidth=DMA_PDATAALIGN_BYTE; break; case 1: //16 位 memwidth=DMA_MDATAALIGN_HALFWORD; perwidth=DMA_PDATAALIGN_HALFWORD; break; case 2: //32 位 memwidth=DMA_MDATAALIGN_WORD; perwidth=DMA_PDATAALIGN_WORD; break; } __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE(); //使能 DMA2 时钟 __HAL_LINKDMA(&SAI1A_Handler,hdmatx,SAI1_TXDMA_Handler); //将 DMA 与 SAI 联系起来 SAI1_TXDMA_Handler.Instance=DMA2_Stream3; //DMA2 数据流 3 SAI1_TXDMA_Handler.Init.Channel=DMA_CHANNEL_0; //通道 0 SAI1_TXDMA_Handler.Init.Direction=DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存储器到外设 SAI1_TXDMA_Handler.Init.PeriphInc=DMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式 SAI1_TXDMA_Handler.Init.MemInc=DMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式 SAI1_TXDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment=perwidth; //外设数据长度:16/32 位 SAI1_TXDMA_Handler.Init.MemDataAlignment=memwidth; //存储器数据长度:16/32 位 SAI1_TXDMA_Handler.Init.Mode=DMA_CIRCULAR; //使用循环模式 SAI1_TXDMA_Handler.Init.Priority=DMA_PRIORITY_HIGH; //高优先级 SAI1_TXDMA_Handler.Init.FIFOMode=DMA_FIFOMODE_DISABLE; //不使用 FIFO SAI1_TXDMA_Handler.Init.MemBurst=DMA_MBURST_SINGLE;//单次突发传输 SAI1_TXDMA_Handler.Init.PeriphBurst=DMA_PBURST_SINGLE; //外设突发单次传输 HAL_DMA_DeInit(&SAI1_TXDMA_Handler); //先清除以前的设置 HAL_DMA_Init(&SAI1_TXDMA_Handler); //初始化 DMA HAL_DMAEx_MultiBufferStart(&SAI1_TXDMA_Handler,(u32)buf0,(u32)&SAI1_Block_A->DR,(u32)buf1,num);//开启双缓冲 __HAL_DMA_DISABLE(&SAI1_TXDMA_Handler); //先关闭 DMA delay_us(10); //10us 延时，防止-O2 优化出问题 __HAL_DMA_ENABLE_IT(&SAI1_TXDMA_Handler,DMA_IT_TC);//开启传输完成中断 __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&SAI1_TXDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF3_7); //清除 DMA 传输完成中断标志位 HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream3_IRQn,0,0); //DMA 中断优先级 HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream3_IRQn);} //SAI DMA 回调函数指针void (*sai_tx_callback)(void); //TX 回调函数//DMA2_Stream3 中断服务函数void DMA2_Stream3_IRQHandler(void){ if(__HAL_DMA_GET_FLAG(&SAI1_TXDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF3_7)!=RESET) //DMA 传输完成 { __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&SAI1_TXDMA_Handler,DMA_FLAG_TCIF3_7); //清除 DMA 传输完成中断标志位 sai_tx_callback(); //执行回调函数,读取数据等操作在这里面处理 } } //SAI 开始播放void SAI_Play_Start(void){ __HAL_DMA_ENABLE(&SAI1_TXDMA_Handler);//开启 DMA TX 传输 }//关闭 I2S 播放void SAI_Play_Stop(void){ __HAL_DMA_DISABLE(&SAI1_TXDMA_Handler); //结束播放 }其中，SAIA_Init 完成 SAI_A 子模块的的初始化，通过 3 个参数设置 SAI_A 的详细配置信 息。另外一个函数：SAIA_SampleRate_Set，则是用前面介绍的查表法，根据音频采样率来设置 SAI_A 的时钟部分。函数 SAIA_TX_DMA_Init，用于设置 SAI_A 的 DMA 发送，使用双缓冲循 环模式，发送数据给 WM8978，并开启了发送完成中断。而 DMA2_Stream3_IRQHandler 函数， 则是 DMA2 数据流 3 发送完成中断的服务函数，该函数调用 sai_tx_callback 函数（函数指针， 使用前需指向特定函数）实现 DMA 数据填充。函数 SAI_Play_Start 和 SAI_Play_Stop，用于开 启和关闭 DMA 传输。 再来看 wm8978.c 里面的几个函数，代码如下： //WM8978 初始化//返回值:0,初始化正常// 其他,错误代码u8 WM8978_Init(void){u8 res;IIC_Init(); //初始化 IIC 接口res=WM8978_Write_Reg(0,0);//软复位 WM8978if(res)return 1; //发送指令失败,WM8978 异常//以下为通用设置WM8978_Write_Reg(1,0X1B); //R1,MICEN 设置为 1(MIC 使能),BIASEN 设置为 1WM8978_Write_Reg(2,0X1B0); //R2,ROUT1,LOUT1 输出使能(耳机可以工作) WM8978_Write_Reg(3,0X6C); //R3,LOUT2,ROUT2 输出使能(喇叭工作)WM8978_Write_Reg(6,0); //R6,MCLK 由外部提供WM8978_Write_Reg(43,1<<4); //R43,INVROUT2 反向,驱动喇叭WM8978_Write_Reg(47,1<<8); //R47 设置,PGABOOSTL,左通道 MIC 获得 20 倍增益WM8978_Write_Reg(48,1<<8); //R48 设置,PGABOOSTR,右通道 MIC 获得 20 倍增益WM8978_Write_Reg(49,1<<1); //R49,TSDEN,开启过热保护WM8978_Write_Reg(49,1<<2); //R49,SPEAKER BOOST,1.5x WM8978_Write_Reg(10,1<<3); //R10,SOFTMUTE 关闭,128x 采样,最佳 SNR WM8978_Write_Reg(14,1<<3); //R14,ADC 128x 采样率return 0;}//WM8978 DAC/ADC 配置//adcen:adc 使能(1)/关闭(0)//dacen:dac 使能(1)/关闭(0)void WM8978_ADDA_Cfg(u8 dacen,u8 adcen){u16 regval;regval=WM8978_Read_Reg(3); //读取 R3if(dacen)regval|=3<<0; //R3 最低 2 个位设置为 1,开启 DACR&DACLelse regval&=~(3<<0); //R3 最低 2 个位清零,关闭 DACR&DACL.WM8978_Write_Reg(3,regval); //设置 R3regval=WM8978_Read_Reg(2); //读取 R2if(adcen)regval|=3<<0; //R2 最低 2 个位设置为 1,开启 ADCR&ADCLelse regval&=~(3<<0); //R2 最低 2 个位清零,关闭 ADCR&ADCL.WM8978_Write_Reg(2,regval); //设置 R2}//WM8978 输出配置//dacen:DAC 输出(放音)开启(1)/关闭(0)//bpsen:Bypass 输出(录音,包括 MIC,LINE IN,AUX 等)开启(1)/关闭(0) void WM8978_Output_Cfg(u8 dacen,u8 bpsen){u16 regval=0;if(dacen)regval|=1<<0; //DAC 输出使能if(bpsen){regval|=1<<1; //BYPASS 使能regval|=5<<2; //0dB 增益} WM8978_Write_Reg(50,regval);//R50 设置 WM8978_Write_Reg(51,regval);//R51 设置}//设置 I2S 工作模式//fmt:0,LSB(右对齐);1,MSB(左对齐);2,飞利浦标准 I2S;3,PCM/DSP;//len:0,16 位;1,20 位;2,24 位;3,32 位; void WM8978_I2S_Cfg(u8 fmt,u8 len){fmt&=0X03;len&=0X03;//限定范围WM8978_Write_Reg(4,(fmt<<3)|(len<<5)); //R4,WM8978 工作模式设置}以上代码 WM8978_Init 用于初始化 WM8978，这里只是通用配置（ADC&DAC），初始化 之后，并不能正常播放音乐，还需要通过 WM8978_ADDA_Cfg 函数，使能 DAC，然后通过 WM8978_Output_Cfg 选择 DAC 输出，通过 WM8978_I2S_Cfg 配置 I2S 工作模式，最后设置音 量才可以接收 I2S 音频数据，实现音乐播放。这里设置音量、EQ、音效等函数，没有贴出了， 请大家参考光盘本例程源码。 接下来，看看 wavplay.c 里面的几个函数，代码如下： __wavctrl wavctrl; //WAV 控制结构体vu8 wavtransferend=0; //sai 传输完成标志vu8 wavwitchbuf=0; //saibufx 指示标志//WAV 解析初始化//fname:文件路径+文件名//wavx:wav 信息存放结构体指针//返回值:0,成功;1,打开文件失败;2,非 WAV 文件;3,DATA 区域未找到.u8 wav_decode_init(u8* fname,__wavctrl* wavx){FIL*ftemp;u8 *buf; u32 br=0;u8 res=0;ChunkRIFF *riff;ChunkFMT *fmt;ChunkFACT *fact;ChunkDATA *data;ftemp=(FIL*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL));buf=mymalloc(SRAMIN,512);if(ftemp&&buf) //内存申请成功{res=f_open(ftemp,(TCHAR*)fname,FA_READ);//打开文件if(res==FR_OK){ f_read(ftemp,buf,512,&br); //读取 512 字节在数据riff=(ChunkRIFF *)buf; //获取 RIFF 块if(riff->Format==0X45564157)//是 WAV 文件{fmt=(ChunkFMT *)(buf+12);//获取 FMT 块fact=(ChunkFACT *)(buf+12+8+fmt->ChunkSize);//读取 FACT 块if(fact->ChunkID==0X74636166||fact->ChunkID==0X5453494C)wavx->datastart=12+8+fmt->ChunkSize+8+fact->ChunkSize;//具有 fact/LIST 块的时候(未测试)else wavx->datastart=12+8+fmt->ChunkSize; data=(ChunkDATA *)(buf+wavx->datastart); //读取 DATA 块if(data->ChunkID==0X61746164)//解析成功! {wavx->audioformat=fmt->AudioFormat; //音频格式wavx->nchannels=fmt->NumOfChannels; //通道数wavx->samplerate=fmt->SampleRate; //采样率wavx->bitrate=fmt->ByteRate*8; //得到位速wavx->blockalign=fmt->BlockAlign; //块对齐wavx->bps=fmt->BitsPerSample; //位数,16/24/32 位wavx->datasize=data->ChunkSize; //数据块大小wavx->datastart=wavx->datastart+8; //数据流开始的地方. printf("wavx->audioformat:%drn",wavx->audioformat);printf("wavx->nchannels:%drn",wavx->nchannels);printf("wavx->samplerate:%drn",wavx->samplerate);printf("wavx->bitrate:%drn",wavx->bitrate);printf("wavx->blockalign:%drn",wavx->blockalign);printf("wavx->bps:%drn",wavx->bps);printf("wavx->datasize:%drn",wavx->datasize);printf("wavx->datastart:%drn",wavx->datastart); }else res=3;//data 区域未找到.}else res=2;//非 wav 文件}else res=1;//打开文件错误}f_close(ftemp);myfree(SRAMIN,ftemp);//释放内存myfree(SRAMIN,buf); return 0;}//填充 buf//buf:数据区//size:填充数据量//bits:位数(16/24)//返回值:读到的数据个数u32 wav_buffill(u8 *buf,u16 size,u8 bits){u16 readlen=0;u32 bread;u16 i;u32 *p,*pbuf;if(bits==24)//24bit 音频,需要处理一下{readlen=(size/4)*3; //此次要读取的字节数f_read(audiodev.file,audiodev.tbuf,readlen,(UINT*)&bread);//读取数据pbuf=(u32*)buf;for(i=0;i 率，位数，数据流起始位置等）；wav_buffill 函数，用 f_read 读取数据，填充数据到 buf 里面， 注意 24 位音频的时候，读出的数据需要扩展为 32 位才可填充到 buf；wav_sai_dma_tx_callback 函数，则是 DMA 发送完成的回调函数（sai_tx_callback 函数指针指向该函数），这里面，我们 并没有对数据进行填充处理（暂停时进行了填 0 处理），而是采用 2 个标志量：wavtransferend 和 wavwitchbuf，来告诉 wav_play_song 函数是否传输完成，以及应该填充哪个数据 buf（saibuf1 或 saibuf2）； 最后，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； 接下来，看看 audioplay.c 里面的几个函数，代码如下： void audio_play(void){u8 res;DIR wavdir; //目录FILINFO *wavfileinfo; //文件信息u8 *pname; //带路径的文件名u16 totwavnum; //音乐文件总数u16 curindex; //当前索引u8 key; //键值 u32 temp;u32 *wavoffsettbl; //音乐 offset 索引表 WM8978_ADDA_Cfg(1,0); //开启 DACWM8978_Input_Cfg(0,0,0);//关闭输入通道WM8978_Output_Cfg(1,0); //开启 DAC 输出 while(f_opendir(&wavdir,"0:/MUSIC"))//打开音乐文件夹{ Show_Str(60,190,240,16,"MUSIC 文件夹错误!",16,0);delay_ms(200); LCD_Fill(60,190,240,206,WHITE);//清除显示 delay_ms(200); } totwavnum=audio_get_tnum("0:/MUSIC"); //得到总有效文件数 while(totwavnum==NULL)//音乐文件总数为 0 { Show_Str(60,190,240,16,"没有音乐文件!",16,0);delay_ms(200); LCD_Fill(60,190,240,146,WHITE);//清除显示 delay_ms(200); } wavfileinfo=(FILINFO*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FILINFO)); //申请内存 pname=mymalloc(SRAMIN,_MAX_LFN*2+1); //为带路径的文件名分配内存wavoffsettbl=mymalloc(SRAMIN,4*totwavnum);//申请 4*totwavnum 个字节的内存,用于存放音乐文件 off block 索引while(!wavfileinfo||!pname||!wavoffsettbl)//内存分配出错 { Show_Str(60,190,240,16,"内存分配失败!",16,0);delay_ms(200); LCD_Fill(60,190,240,146,WHITE);//清除显示 delay_ms(200); } //记录索引 res=f_opendir(&wavdir,"0:/MUSIC"); //打开目录if(res==FR_OK){curindex=0;//当前索引为 0while(1)//全部查询一遍{temp=wavdir.dptr; //记录当前 index res=f_readdir(&wavdir,wavfileinfo); //读取目录下的一个文件 if(res!=FR_OK||wavfileinfo->fname[0]==0)break;//错误了/到末尾了,退出res=f_typetell((u8*)wavfileinfo->fname);if((res&0XF0)==0X40)//取高四位,看看是不是音乐文件{wavoffsettbl[curindex]=temp;//记录索引curindex++;} } } curindex=0; //从 0 开始显示 res=f_opendir(&wavdir,(const TCHAR*)"0:/MUSIC"); //打开目录while(res==FR_OK)//打开成功{dir_sdi(&wavdir,wavoffsettbl[curindex]); //改变当前目录索引 res=f_readdir(&wavdir,wavfileinfo); //读取目录下的一个文件 if(res!=FR_OK||wavfileinfo->fname[0]==0)break; //错误了/到末尾了,退出strcpy((char*)pname,"0:/MUSIC/"); //复制路径(目录)strcat((char*)pname,(const char*)wavfileinfo->fname);//将文件名接在后面LCD_Fill(60,190,lcddev.width-1,190+16,WHITE); //清除之前的显示Show_Str(60,190,lcddev.width-60,16,(u8*)wavfileinfo->fname,16,0);//显示歌曲名字audio_index_show(curindex+1,totwavnum);key=audio_play_song(pname); //播放这个音频文件if(key==KEY2_PRES) //上一曲{if(curindex)curindex--;else curindex=totwavnum-1; }else if(key==KEY0_PRES)//下一曲{curindex++; if(curindex>=totwavnum)curindex=0;//到末尾的时候,自动从头开始}else break; //产生了错误} myfree(SRAMIN,wavfileinfo); //释放内存 myfree(SRAMIN,pname); //释放内存 myfree(SRAMIN,wavoffsettbl); //释放内存}这里，audio_play 函数在 main 函数里面被调用，该函数首先设置 WM8978 相关配置，然 后查找 SD 卡里面的 MUSIC 文件夹，并统计该文件夹里面总共有多少音频文件（统计包括： WAV/MP3/APE/FLAC 等），然后，该函数调用 audio_play_song 函数，按顺序播放这些音频文件。 在 audio_play_song 函数里面，通过判断文件类型，调用不同的解码函数，本章，只支持 WAV 文件，通过 wav_play_song 函数实现 WAV 解码。其他格式：MP3/APE/FLAC 等，在综合 实验我们会实现其解码函数，大家可以参考综合实验代码，这里就不做介绍了。 最后我们看看 main 函数源码： int main(void){ Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(216); //延时初始化uart_init(115200); //串口初始化 LED_Init(); //初始化 LED KEY_Init(); //初始化按键 SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM LCD_Init(); //初始化 LCDW25QXX_Init(); //初始化 W25Q256 W25QXX_Init(); //初始化 W25Q256 WM8978_Init(); //初始化 WM8978WM8978_HPvol_Set(40,40); //耳机音量设置WM8978_SPKvol_Set(50); //喇叭音量设置 my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池 my_mem_init(SRAMEX); //初始化外部 SDRAM 内存池 my_mem_init(SRAMDTCM); //初始化内部 DTCM 内存池 exfuns_init(); //为 fatfs 相关变量申请内存 f_mount(fs[0],"0:",1); //挂载 SD 卡f_mount(fs[1],"1:",1); //挂载 SPI FLASH. while(font_init()) //检查字库{ LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Font Error!"); delay_ms(200); LCD_Fill(30,50,240,66,WHITE);//清除显示 delay_ms(200); } POINT_COLOR=RED; Show_Str(60,50,200,16,"阿波罗 STM32F4/F7 开发板",16,0); Show_Str(60,70,200,16,"音乐播放器实验",16,0); Show_Str(60,90,200,16,"正点原子@ALIENTEK",16,0); Show_Str(60,110,200,16,"2016 年 7 月 18 日",16,0);Show_Str(60,130,200,16,"KEY0:NEXT KEY2:PREV",16,0); Show_Str(60,150,200,16,"KEY_UP:PAUSE/PLAY",16,0);while(1){ audio_play();} }该函数就相对简单了，在初始化各个外设后，通过 audio_play 函数，开始音频播放。软件 部分就介绍到这里，其他未贴出代码，请参考光盘本例程源码。 52.4 下载验证 在代码编译成功之后，我们下载代码到 ALIENTEK 阿波罗 STM32 开发板上，程序先执行 字库检测，然后当检测到 SD 卡根目录的 MUSIC 文件夹有有效音频文件（WAV 格式音频）的 时候，就开始自动播放歌曲了，如图 52.4.1 所示： 图 52.4.1 音乐播放中 从上图可以看出，当前正在播放第 17 首歌曲，总共 18 首歌曲，歌曲名、播放时间、总时 长、码率、音量等信息等也都有显示。此时 DS0 会随着音乐的播放而闪烁。 图中我们播放的是 192Khz，24 位的音乐，码率=192*24*2=9216Kbps，这比最好的 MP3 （320Kbps）足足高了 28 倍多！！！因而可以带来更好的音质享受，发烧友的最爱。 我们在开发板的 PHONE 端子插入耳机，就可以通过耳机欣赏音乐了。同时，我们可以通 过按 KEY0 和 KEY2 来切换下一曲和上一曲，通过 KEY_UP 控制暂停和继续播放。 本实验，我们还可以通过 USMART 来测试 WM8978 的其他功能，通过将 wm8978.c 里面 的部分函数加入 USMART 管理，我们可以很方便的设置 wm8978 的各种参数（音量、3D、EQ 等都可以设置），达到验证测试的目的。有兴趣的朋友，可以实验测试一下。 至此，我们就完成了一个简单的音乐播放器了，虽然只支持 WAV 文件，但是大家可以在 此基础上，增加其他音频格式解码器（可参考综合实验），便可实现其他音频格式解码了。 
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