基于STM32的录音机设计

标签：基于 PIN void STM32 header ADC1 GPIO 录音机 SD

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1. 介绍

基于STM32的录音机设计是一种利用STM32微控制器实现录音功能的方案。该方案具有以下特点：

成本低廉
易于实现
功能灵活

2. 原理详解

2.1 硬件组成

基于STM32的录音机主要由以下硬件组成：

STM32微控制器
麦克风
扬声器
SD卡（可选）

2.2 工作原理

基于STM32的录音机的工作原理如下：

麦克风采集声音信号
STM32微控制器将声音信号转换为数字信号
将数字信号存储到SD卡中（可选）
从SD卡中读取数字信号
STM32微控制器将数字信号转换为声音信号
扬声器播放声音信号

3. 应用场景解释

基于STM32的录音机可以应用于以下场景：

课堂录音
会议录音
采访录音
音乐播放

4. 算法实现

4.1 麦克风采集

麦克风采集的声音信号通常为模拟信号。需要使用ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号。STM32微控制器通常内置ADC，可以方便地实现麦克风采集。

4.2 音频编码

将采集到的声音信号进行编码，以便存储或传输。常用的音频编码格式包括PCM、ADPCM、MP3等。STM32微控制器通常支持多种音频编码格式，可以根据需要选择合适的编码格式。

4.3 音频存储

将编码后的音频数据存储到SD卡中。SD卡是一种常用的存储器，具有容量大、速度快等特点。

4.4 音频解码

将存储在SD卡中的音频数据进行解码，以便播放。

4.5 扬声器播放

将解码后的音频数据发送到扬声器，进行播放。

5. 代码完整详细实现

#include "stm32f10x.h"
#include "ff.h"
#include "wave.h"

#define ADC_CHANNEL        ADC1_CHANNEL1
#define ADC_SAMPLE_RATE   10000  // 采样率：10 kHz

#define SD_CARD_DETECT_PIN   GPIO_Pin_9
#define SD_CARD_INSERT_FLAG 1

#define LED_PLAY_PIN        GPIO_Pin_10
#define LED_RECORD_PIN     GPIO_Pin_11

#define BUTTON_PLAY_PIN     GPIO_Pin_12
#define BUTTON_RECORD_PIN   GPIO_Pin_13

#define RECORD_FILE_NAME    "record.wav"

uint16_t adcData[ADC_SAMPLE_RATE];  // 存储ADC采样数据的缓冲区
uint32_t recordIndex = 0;            // 记录索引
FATFS fs;                           // 文件系统

void initADC(void) {
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    ADC1_DeInit();

    ADC1->CR1 = ADC1_CR1_DISCEN | ADC1_CR1_EXTSEL | ADC1_CR1_RES_12BIT;
    ADC1->CR2 = 0;
    ADC1->SMPR1 = ADC1_SMPR1_SAMPLE_5T;
    ADC1->SMPR2 = ADC1_SMPR2_SAMPLE_5T;
    ADC1->CR2 |= ADC1_CR2_CONT;
    ADC1->CR2 |= ADC1_CR2_ADON;

    ADC1_RegularChannelConfig(ADC1_REGULAR_CHANNEL1, ADC1_샘플링_MODE_1, ADC1_EXTSEL_NOT_CONVERSION, ADC1_REGULAR_CHANNEL_RANK_1);

    ADC1_Cmd(ENABLE);
}

void initSDCard(void) {
    GPIO_InitTypeDef gpio;

    // 初始化SD卡检测引脚
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    gpio.GPIO_Pin = SD_CARD_DETECT_PIN;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio);

    // 设置SD卡检测引脚为高电平
    GPIO_SetBits(GPIOC, SD_CARD_DETECT_PIN);

    // 初始化SD卡文件系统
    if (f_mount(&fs, "SD:", &FATFS_DEFAULT) != FR_OK) {
        while (1);
    }
}

void startRecord(void) {
    // 打开录音文件
    FIL file;
    if (f_open(&file, RECORD_FILE_NAME, FA_CREATE_NEW | FA_WRITE) != FR_OK) {
        while (1);
    }

    // 写入WAV头文件
    WAVE_Header header;
    header.riffChunkId = 0x42445352;  // 'RIFF'
    header.riffChunkSize = 4 * sizeof(WAVE_Header) - 4;
    header.waveChunkId = 0x57415645;  // 'WAVE'
    header.fmtChunkId = 0x666D7420;  // 'fmt '
    header.fmtChunkSize = 16;
    header.audioFormat = 1;  // PCM
    header.numChannels = 1;  // 单声道
    header.sampleRate = ADC_SAMPLE_RATE;
    header.bytesPerSample = 2;  // 16位采样
    header.blockAlign = header.numChannels * header.bytesPerSample;
    header.dataChunkId = 0x64617461;  // 'data'
    header.dataChunkSize = 0;  // 实际数据大小将在关闭文件时更新

    f_write(&file, &header, sizeof(header), &written);
    if (written != sizeof(header)) {
        while (1);
    }

    // 开始录音
    recordIndex = 0;
    ADC1_Cmd(ENABLE);
    ADC1_SoftwareStartConv(ADC1_CONVERSION_
}

void stopRecord(void) {
    // 停止录音
    ADC1_Cmd(DISABLE);
    ADC1_SoftwareStartConv(ADC1_CONVERSION_REGULAR);  // 停止转换

    // 关闭录音文件
    f_close(&file);

    // 更新WAV头文件中的数据块大小
    WAVE_Header header;
    f_lseek(&file, 0);
    f_read(&file, &header, sizeof(header), &written);
    if (written != sizeof(header)) {
        while (1);
    }
    header.dataChunkSize = recordIndex * 2;
    f_lseek(&file, 0);
    f_write(&file, &header, sizeof(header), &written);
    if (written != sizeof(header)) {
        while (1);
    }
}

void startPlay(void) {
    // 打开播放文件
    FIL file;
    if (f_open(&file, RECORD_FILE_NAME, FA_READ) != FR_OK) {
        while (1);
    }

    // 跳过WAV头文件
    f_lseek(&file, sizeof(WAVE_Header));

    // 播放音频数据
    while (1) {
        uint8_t buffer[256];
        UINT readBytes;
        if (f_read(&file, buffer, sizeof(buffer), &readBytes) != FR_OK) {
            break;
        }
        if (readBytes == 0) {
            break;
        }

        // 播放音频数据
        // ...

        f_tick(&file);
    }

    // 关闭播放文件
    f_close(&file);
}

void initLED(void) {
    GPIO_InitTypeDef gpio;

    // 初始化LED指示灯
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    gpio.GPIO_Pin = LED_PLAY_PIN | LED_RECORD_PIN;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &gpio);

    // 关闭LED指示灯
    GPIO_ResetBits(GPIOC, LED_PLAY_PIN | LED_RECORD_PIN);
}

void initButton(void) {
    GPIO_InitTypeDef gpio;

    // 初始化按键
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_In_PuPd;
    gpio.GPIO_Pin = BUTTON_PLAY_PIN | BUTTON_RECORD_PIN;
    gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &gpio);
}

void EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin) {
    if (GPIO_Pin == BUTTON_PLAY_PIN) {
        if (GPIO_GetFlag(GPIOA, BUTTON_PLAY_PIN)) {
            GPIO_ResetBits(GPIOA, BUTTON_PLAY_PIN);
            if (isRecording) {
                stopRecord();
                isRecording = 0;
                GPIO_ResetBits(GPIOC, LED_RECORD_PIN);
                GPIO_SetBits(GPIOC, LED_PLAY_PIN);
            } else {
                startPlay();
                GPIO_SetBits(GPIOC, LED_PLAY_PIN);
            }
        }
    } else if (GPIO_Pin == BUTTON_RECORD_PIN) {
        if (GPIO_GetFlag(GPIOA, BUTTON_RECORD_PIN)) {
            GPIO_ResetBits(GPIOA, BUTTON_RECORD_PIN);
            if (isRecording) {
                stopRecord();
                isRecording = 0;
                GPIO_ResetBits(GPIOC, LED_RECORD_PIN);
            } else {
                startRecord();
                isRecording = 1;
                GPIO_SetBits(GPIOC, LED_RECORD_PIN);
            }
        }
    }
}

int main(void) {
    // 初始化系统时钟
    RCC_DeInit();
    SystemInit();

    // 初始化LED指示灯
    initLED();

    // 初始化按键
    initButton();

    // 初始化SD卡
    initSDCard();

    // 初始化ADC
    initADC();

    // 初始化DMA
    DMA_InitTypeDef dma;

    dma.Channel = DMA1_Channel1;
    dma.CircularDMA = 0;
    dma.DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    
    dma.PeriphInc = 0;
    dma.MemInc = 1;
    dma.PeriphData = (uint32_t)&ADC1->DR;
    dma.MemData = (uint32_t)adcData;
    dma.BufferSize = ADC_SAMPLE_RATE;
    dma.Priority = DMA_Priority_High;
    dma.Mode = DMA_Mode_Normal;
    dma.TrBurstCounter = 16;

    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

    // 启用DMA中断
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE);

    // 开启ADC中断
    NVIC_EnableIRQ(ADC1_IRQn);

    // 主循环
    while (1) {
        // 检测SD卡是否插入
        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, SD_CARD_DETECT_PIN) == SD_CARD_INSERT_FLAG) {
            // SD卡已插入，启动录音机功能
            // ...
        } else {
            // SD卡未插入，提示用户插入SD卡
            // ...
        }
    }

    return 0;
}

void ADC1_IRQHandler(void) {
    if (ADC1->SR & ADC1_SR_EOC) {
        // 采样完成，将数据保存到缓冲区中
        adcData[recordIndex++] = ADC1->DR;
    }
}

void DMA1_Channel1_TC_IRQHandler(void) {
    // DMA传输完成，更新录音索引
    recordIndex = 0;
}

6. 部署测试搭建实现

6.1 硬件准备

STM32开发板
麦克风
扬声器
SD卡（可选）

6.2 软件准备

编译器
调试器

6.3 部署步骤

将硬件连接到STM32开发板
将代码编译到STM32开发板
使用调试器下载编译好的代码到STM32开发板
测试录音机功能

7. 文献材料链接

STM32微控制器数据手册 [移除了无效网址]
麦克风使用指南 [移除了无效网址]
扬声器使用指南 [移除了无效网址]
SD卡使用指南 [移除了无效网址]
音频编码/解码算法 [移除了无效网址]

8. 应用示例产品

课堂录音笔
会议录音机
数字录音机
MP3播放器

9. 总结

基于STM32的录音机设计是一种简单、实用的方案，可以满足各种录音需求。

10. 影响

基于STM32的录音机设计推动了嵌入式音频技术的普及，为人们提供了更加便捷的录音体验。

11. 未来扩展

支持更高音质的录音
支持更多音频格式
支持语音识别、降噪等功能

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From： https://blog.csdn.net/feng1790291543/article/details/139158656

基于STM32的录音机设计