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用STM32F103做個簡易無損音樂播放器，軟解FLAC/MP3/WAV|我愛單片機(jī)

2018.01.27

用單片機(jī)做一個音樂播放器，是我兩年前的一個夢想（挖的一個大坑）
那是我還才剛剛?cè)腴T玩51不久
當(dāng)時看了版主@hit00 的幾個帖子，還有另外幾個壇里的帖子
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=193645
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=188161

看得心潮澎湃，決心也做一個。因?yàn)槭稚蠜]同款的片子，就用了STC15F408w做主控。
可是，嘗試了許久，都沒弄出來。其中用過PWM輸出，也用過電阻網(wǎng)絡(luò)，還考慮過嘗試使用IIS的音頻DAC芯片。
程序上，還專門花了好一久去啃了FAT文件系統(tǒng)的東西，自己寫了一個簡易的文件系統(tǒng)，雖然功能簡單，但是讀取速度夠快

板子焊了好多個版本，程序前前后后弄了一年多
這是之前弄出來的一些東西

這是其中一版的板子，自認(rèn)為是我焊得最好看的一片洞洞板

雙聲道的16位電阻網(wǎng)絡(luò)

然而，事實(shí)是殘酷的。
結(jié)果都不能正常的播放，不是毫無聲音，就是聲音斷斷續(xù)續(xù)。
結(jié)論就是，51太慢了+自己水平太臭了。

于是這個夢就被暫時封存了，直到有一天，我又入了另一個大坑——STM32。
當(dāng)我看到STM32的外設(shè)里面帶有SDIO和IIS時，感覺播放音頻這個大坑又能填了。
后來我畫了自己的第一塊PCB，也是自己的第一塊STM32開發(fā)板，吧SDIO卡槽和音頻IIS接口都專門引出來了
原帖看這里（精品貼）

歷時兩月從零開始精心自制stm32開發(fā)板[url]http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1578422[/url]

電路圖

使用的IIS音頻DAC芯片是一個廉價的CS4344，好像就2-3大洋的樣子

這板子雖然表面上看著還不錯，但是畢竟第一次畫板，經(jīng)驗(yàn)還是缺乏，就拿播放音頻所需的功能，就有兩個錯誤
第一個時封裝沒弄對，耳機(jī)插口放不進(jìn)去，只能這樣了

第二個更坑，sd卡接口畫錯了
只能掰彎引腳曲線救國了

然而畫好板子之后的半年，也沒有去填這個坑，而是主要在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的東西，STM32比51有的東西多太多了，學(xué)了很久還是覺得自己知道的很少。
一兩周，又突然想起曾經(jīng)的那個夢，找出資料來重新開張。
不得不說，stm32真的要強(qiáng)勁不少。借助成熟的FATFS和內(nèi)部的DMA（可以設(shè)置成從內(nèi)存自動搬運(yùn)數(shù)據(jù)到外設(shè)），只用了小半天，幾乎沒費(fèi)什么力氣的，就讓音樂流淌出來。同時，使用上在線調(diào)試的方法，配合邏輯分析儀，相比于傳統(tǒng)的下載看效果的方法，也讓錯誤更容易被找出來。
然而，聽多了，發(fā)現(xiàn)，這歌放起來不對勁啊，怎么快這么多，聲調(diào)升高，歌聲像趕著唱完的一樣。仔細(xì)研究，才發(fā)覺在常見頻率44100hz且需要提供MCK的時候，因?yàn)閱纹瑱C(jī)分頻的問題，實(shí)際的頻率的是46875hz，偏差了6%，不奇怪才怪。

再看cs4344的手冊，官方推薦了兩個比較“奇葩”的晶振頻率，不好買啊

于是乎只能在分頻系數(shù)上做手腳了。經(jīng)過計算，發(fā)覺最接近的辦法是主頻小超到80mhz，7分頻得MCK為11.428mhz（接近推薦的11.2896）
256分頻后得到音頻播放頻率為44.6khz，誤差縮小到1%，算是勉強(qiáng)可選，可以接受
理論分析未實(shí)測：如果用gd32，內(nèi)部hsi，8mhz，用矯正寄存器向下微調(diào)到7.91khz附近，再操作，將能得到更精確的頻率
上邏輯分析儀檢測，沒錯

wav播放有了，對STM32來說算是小菜一碟，那一不做二不休，就繼續(xù)看看其他的音頻播放唄。
首先盯上的是MP3，畢竟是最常用的音頻格式。
上網(wǎng)一查果然有前人做過。使用的是 Helix解碼庫。借鑒前人的成果，再一番移植和調(diào)試，mp3也能播放了！（44.1khz 16位，雙聲道）
解碼對內(nèi)存和cpu的占用都不小，內(nèi)存上大概消耗了45k的樣子（103RCT6只有48k，內(nèi)存占用很緊張）
這是播放一幀的耗時

這是解碼一幀的耗時

之間空閑的7ms，可以用來檢測按鈕，驅(qū)動屏幕顯示什么的（目前無屏，以后可以有）

做到這步，我已經(jīng)心滿意足了?？墒窃诤闷嫘暮秃脛傩尿?qū)使下，又盯上了解碼FLAC。
事實(shí)上解碼FLAC這步，廢了我好多時間精力

找的flac解碼庫，移植大半天，聲音出來了，但是有斷斷續(xù)續(xù)的毛病……找了半個星期沒找出來，播放層的代碼推倒重新寫了一遍，問題依舊……解碼時間也是小于播放時間的，解碼耗時甚至比mp3還短。還以為我移植有問題……tm居然是庫里面有問題?。。。?！解碼用雙緩存……結(jié)果兩個輸出賦值接口都只給1緩塞了數(shù)據(jù)，2緩就全程打醬油，(′д｀ )…彡…彡修改后，聲音也是流暢的流淌出來。經(jīng)過測試，F(xiàn)LAC解碼只能解leave0-leave2壓縮等級的文件，再高級的失敗的原因是內(nèi)存不夠用了，實(shí)測leave3級占用的內(nèi)存應(yīng)該需要80k，103系列傷不起。

圖滿了，樓下繼續(xù)。

本來還要做APE解碼的，結(jié)果試了下，內(nèi)存不夠，大概需要70k左右吧？只好棄療

這三種音頻，播放解碼的套路，基本都是一樣的。
1、打開文件，檢測是否符合解碼條件（格式，碼率，位率，采樣率什么的）
2、malloc讀取緩存區(qū),解碼緩沖區(qū)，兩個播放緩沖區(qū)（wav播放只需要播放緩沖區(qū)）
3、讀取并解碼第一幀
4、配置DMA+IIS開始自動傳輸
5、進(jìn)入解碼循環(huán)
6、循環(huán)內(nèi)先做讀取+解碼+寫入到?jīng)]有在播放的播放緩沖區(qū)
7、等待上一緩存器播放完，期間可以檢測按鍵，刷屏
8、播放完成，進(jìn)行切換，返回第六步
9、讀取錯誤，播放完畢，按鍵操作等等，break出循環(huán)，關(guān)閉DMA，關(guān)閉文件，free各種緩存

因?yàn)镈MA是自動搬運(yùn)的，由IIS觸發(fā)，所以播放過程完全不需要處理器理會，處理器只管解碼就好。

代碼編譯完的大小，有兩個警告，無光痛癢的，不要管
因?yàn)殚_啟了長文件名支持，中文支持，用到了cc936.c文件，所以有接近200k的內(nèi)容（絕大部分RO-data）都是存放了utf和gbk的轉(zhuǎn)換表

芯片只能用STM32F103RDT6及以上型號，因?yàn)閮?nèi)存需要配置64k
目前沒有弄屏幕，所以消息全部是串口輸出，波特率是115200
開機(jī)顯示相關(guān)信息，注意此時是80mhz運(yùn)行（8mhz晶振）

遍歷、計數(shù)并輸出SD卡/音樂目錄下的所有音樂（目前沒做遍歷整個儲存卡的程序，只只指定 SD卡/音樂目錄）
遍歷完成后開始隨機(jī)播放，隨機(jī)播放用了開機(jī)是讀取ADC的16和17通道的值做隨機(jī)種子，兩個通道分別是內(nèi)溫傳感器和內(nèi)部基準(zhǔn)

播放過程中的截圖，不支持的格式和采樣率什么的會自動跳過

flac

按鍵和燈的定義

播放視頻，因?yàn)闆]有合適的外放設(shè)備，找了個小玩具來充當(dāng)下了
實(shí)際上，耳機(jī)聽起來的是很杠杠的

代碼見樓下

這樓發(fā)代碼

鏈接：http://pan.baidu.com/s/1qYRL488 密碼：vu8n

keil5工程

IIS.zip (993 K) 下載次數(shù):22

再帖一個帖子，另一壇友做的，用pos機(jī)改造成mp3的

1元pos機(jī)加個tf(sd)卡變身成mp3播放器,不添加其他芯片
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1640836

GD32/STM32也瘋狂！超頻上視頻解碼播放 240*320 10fps
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2050795

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