Sestavte zvukové rozhraní pro počítač pomocí procesoru STM32. Použijte knihovny pro třídu „USB Device Class for Audio Devices“. Implementujte zvukový výstup z PC vč. ovládání hlasitosti na vývojové desce STM32F4DISCOVERY. Doplňte o vstup z integrovaného MEMS mikrofonu. Projekt ve spolupráci s Audified
Cílem tohoto projektu je vytvořit software a jednoduchý hardware pro zvolenou vývojovou desku, aby po připojení USB konektou k počítači, bylo toto zařízení identifikováno jako Audio Device a bylo přiřazeno jako zařízení pro audio vstup i výstup. Dále bude možné pomocí hardwarového tlačítka na desce možné zvolit funkci Mute pro úplné zeslabení výstupní hlasitosti odposlechu. Pomocí potenciometru bude možné měnit hlasitost odposlechu. Z pinu číslo 21 na desce bude odebíráno referenční napětí, které bude předřadným odporem omezeno na maximální bezpečné napětí pro AD převodníky desky a otáčením potenciometru bude regulováno napetí přivedené na vstup AD převodníku.
STM32F4 Discovery
Key Features
STM32F407VGT6 microcontroller featuring 32-bit ARM Cortex-M4F core, 1 MB Flash, 192 KB RAM in an LQFP100 package On-board ST-LINK/V2 with selection mode switch to use the kit as a standalone ST-LINK/V2 (with SWD connector for programming and debugging) Board power supply: through USB bus or from an external 5 V supply voltage External application power supply: 3 V and 5 V LIS302DL or LIS3DSH ST MEMS 3-axis accelerometer MP45DT02, ST MEMS audio sensor, omni-directional digital microphone CS43L22, audio DAC with integrated class D speaker driver Eight LEDs: LD1 (red/green) for USB communication LD2 (red) for 3.3 V power on Four user LEDs, LD3 (orange), LD4 (green), LD5 (red) and LD6 (blue) 2 USB OTG LEDs LD7 (green) VBus and LD8 (red) over-current Two push buttons (user and reset) USB OTG FS with micro-AB connector Extension header for all LQFP100 I/Os for quick connection to prototyping board and easy probing
Základní knihovny pro obsluhu desky a periferií jsou vygenerovány pomocí STM32CubeMX. Zde bylo zvoleno připojení přes FullSpeed USB jako Audio device. Obsluha příkazy pro audio přenos přes I2C1 a data jsou přenášena pomocí I2S2 v polovičním duplexním režimu. Dále jsou použity ADC 1 a 2 a hadrwarové tlačítko.
V hlavním souboru main.c probíha inicializace ADC převodníku, USB device audio class a audio kodeku pro přehrávání audio výstupu.
Použité knihovny v soubotu main.c
#include "stm32f4xx_hal.h" #include "usb_device.h" #include "stm32f4xx_hal_adc.h" #include "cs43l22.h" #include "stm32f4_discovery_audio.h"
assert_param(IS_ADC_CHANNEL(sConfig->ADC_CHANNEL_1)); hadc->Instance->SMPR2 &= ~ADC_SMPR2(ADC_SMPR2_SMP0, sConfig->Channel); hadc->Instance->SMPR2 |= ADC_SMPR2(sConfig->SamplingTime, sConfig->Channel); void ADC_Init(hadc); cs43l22_Init(DAC_CHANNEL_1, OUTPUT_DEVICE_SPEAKER, 60, AUDIO_FREQUENCY_48K); cmd = AUDIO_CMD_START;
while (1) { if (channel==1) {assert_param(IS_ADC_CHANNEL(sConfig->ADC_CHANNEL_1)); channel=0; } else {assert_param(IS_ADC_CHANNEL(sConfig->ADC_CHANNEL_2)); channel=1; } /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ }
Nejprve je inicializován AD převodník a přiřazeným kanálem číslo jedna, který odpovídá převodníku ADC1. Na tento převodník je přivedeno napětí z potenciometru, který ovládá Volume přehrávání audio výstupu. Následně jsou přiřazeny patřičné parametry a vzorkovací frekvence.
Dále je inicializován audio kodek, kde je přiřazen výstupní pin na Jack 3.5 mm, zvolen typ výstupního zařízení, počáteční hlasitost v procentech a vrozkovací frekvence na 48 kHz. Stejná je vzorkovací frekvence AD převodníku a rychlost přenosu po USB.
Ve smyčče While je přepínán vstup mezi AD převodníky 1 a 2, takže je střídavě přijímán audio signál a snímáno nastavení Volume.
Hlavní část programu se provádí v souboru usbd_audio_if.c, která využívá další knihovny
#include "usbd_audio_if.h" #include "stm32f4xx_hal_adc.h" #include "usbd_audio.h" #include "stm32f4_discovery_audio.h
Veškeré procesy se provádí při volání funkce AUDIO_AudioCmd_FS. K jejímu volání dochází při naplnění audio bufferu pbuf
.
Je využito proměnných ze souboru main.c
extern hadc; extern channel; extern cmd;
static int8_t AUDIO_AudioCmd_FS (uint8_t* pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd) { /* USER CODE BEGIN 2 */ switch(cmd) { case AUDIO_CMD_START: if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET) {BSP_AUDIO_OUT_Play(pbuf, 16); cmd = AUDIO_CMD_PLAY; } break; case AUDIO_CMD_PLAY: if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET) { if (mute=1) { mute=0; } else { mute=1; } BSP_AUDIO_OUT_SetMute(mute); } break; if (channel=0) vol = 100 * 0xFF / HAL_ADC_GetValue(hadc); else in = HAL_ADC_GetValue(hadc); USBD_AUDIO_DataOut(DEVICE_FS,AUDIO_OUT_EP); BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(vol); pbuf = USBD_AUDIO_DataIn(DEVICE_FS,AUDIO_OUT_EP); cs43l22_Play(DAC1_CHANNEL_1, pbuf,8); } return (USBD_OK); /* USER CODE END 2 */ } /** * @brief AUDIO_VolumeCtl_FS * Controls AUDIO Volume. * @param vol: volume level (0..100) * @retval Result of the operation: USBD_OK if all operations are OK else USBD_FAIL */ static int8_t AUDIO_VolumeCtl_FS (uint8_t vol) { /* USER CODE BEGIN 3 */ return (USBD_OK); /* USER CODE END 3 */ }
Vstupními parametry funkce jsou označení audio bufferu, jeho velikost a příkaz pro audio zařízení cmd
. Nejprve je zařízení v ražimu Start, kde dojde k inicializaci všech periferií atd. Po stistku hardwarového tlačítka přechází do ražimu Play.
Když je zařízení v ražimu Play, pak při stisku tlačítka dochází k přepínácí režimu Mute.
Dále dojde k čtení hodnoty z AD převodníku pro zvolení hlasitosti přehrávání, respektive načtení audio vstupu druhého AD převodníku a nakonec jsou data ze vstupního bufferu s daty přijatých po USB přenesen do výstupního bufferu audio výstupu.
Správce zařízení
Zařízení pro přehrávání
Ze screenshotů je patrné že zařízení se po připojení k PC přihlásí jako audio zařízení pro přehrávání a je připraveno k přenosu dat. Kvůli střídavému čtení hodnot z AD převodníku 1 a 2 může docházet ke ztrátám některých vzorků, pokud by přepínání mezi čtením z převodníků probíhalo pomaleji než s frekvencí 48 kHz.
Bohužel při testech nebylo dosaženo požadované funkčnosti, což je zřejmě způsobeno špatnými parametry pro funkce obsluhující USB přenos. Program přechízi do režimu Play a funguje i Mute a Volume, ale do bufferu se nejspíše nedostávájí správná data. Dokumentace výrobce je absolutně nepřehledná a postrádá faktické informace o skutečném významu a formátu parametrů, takže notná část parametrů funkcí byla odhadnuta podle obsahu knihoven.