单片机内部AD实现录音wav文件

zhang062061

1.硬件设计

    声音采集采用最简单的驻极体麦克风，将信号进行放大滤波后输入到单片机内部AD端口。电路图如下，第一级运放用于放大，第二级为低通滤波。（电阻电容参数仅供参考）。

    单片机采集声音数据后，将数据以WAV格式保存到SD卡中。

2.WAV文件格式说明

    WAV（Waveform audio format）是微软与IBM公司所开发的一种声音编码格式，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。

    每个WAV文件的头四个字节便是“RIFF”。WAV文件由文件头和数据体两大部分组成。其中文件头又分为RIFF区块和FORMAT区块。WAV文件各部分内容及格式见下表。

RIFF区块

    其中Size是整个文件的长度减去ID和Size的长度

FORMAT区块

       其中音频格式可以是线性PCM或者ADPCM等，本例中使用线性PCM（非压缩）。

DATA区块

    其中Size表示音频数据的长度，单位字节。

    Data音频数据。

3.软件设计

    人耳朵能识别的声音范围为20-20kHz，若要采集20kHz以内频率的声音信号，则采样率至少要40kHz，数据量比较大，单片机资源受限时，可能无法完成数据的处理和存储。

    一般人说话（不唱歌）频率：男声50-500Hz，女声100-1kHz。考虑到谐波以及奈奎斯特采样定理的要求，8k采样率可以满足要求。这也是很多数字电话中的采样率。实际测试8k采样率能够比较清楚的还原语音。

    采样位数可以是8bits或16bits，单片机内部AD为12位，占2个字节，可以当做16位数据。为了减小数据量，舍去AD低4位，当做8位数据处理，实际测试8位数据效果可以。

系统初始化

    使能单片机内部AD，通过定时器事件来触发AD采样，以保证采样率准确，同时使能DMA通道，降低CPU使用率。使能SPI接口用于驱动SD卡，并移植FatFs文件系统。具有步骤不在这里详细介绍，可参考公众化之前的文章。

程序编写

    AD采样采用双缓冲的方式，当DMA完成缓冲区1后，将DMA的目标地址设置到缓冲区2继续采样，同时将缓冲区1的数据保存的文件，这样交替保存两个缓冲区数据，保证采样数据的连续性。

    将音频数据之前的数据定义为一个结构体，初始化并保存在文件开头，其中数据长度部分还未确定，需要最后重新计算后写入。

1. //初始化WAV头.
   
2. void recoder_wav_init(WaveHeader* wavhead) //初始化WAV头              
   
3. {
   
4.     wavhead->riff.ChunkID=0X46464952;    //"RIFF"
   
5.     wavhead->riff.ChunkSize=0;           //还未确定,最后需要计算
   
6.     wavhead->riff.Format=0X45564157;     //"WAVE"
   
7.     wavhead->fmt.ChunkID=0X20746D66;     //"fmt "
   
8.     wavhead->fmt.ChunkSize=0x10;           //大小为16个字节
   
9.     wavhead->fmt.AudioFormat=0X01;       //0X01,表示PCM;0X11,表示IMA ADPCM
   
10.     wavhead->fmt.NumOfChannels=1;        //单声道
    
11.     wavhead->fmt.SampleRate=8000;        //8Khz采样率 采样速率
    
12.     wavhead->fmt.ByteRate=8000;                                    //字节速率=采样率*通道数*(ADC位数/8)
    
13.     wavhead->fmt.BlockAlign=1;           //块大小,1个字节为一个块
    
14.     wavhead->fmt.BitsPerSample=8;       //8位PCM
    
15.     wavhead->data.ChunkID=0X61746164;    //"data"
    
16.     wavhead->data.ChunkSize=0;           //数据大小,还需要计算   
    
17. 
    
18. 
    
19.     res=f_open(&file_rec,(const TCHAR*)FileName, FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
    
20.     if(res==FR_OK)
    
21.     {      
    
22.        res=f_write(&file_rec,(const void*)(&wavhead),sizeof(WaveHeader),&bw);//写入头数据
    
23.     }
    
24. }

复制代码

    之后每完成一次DMA，将数据保存一次。一般建议以SD卡扇区的整数倍进行写入操作，以提高写入速度。一次性写入的数据越多，平均写入速度越快。

1. res=f_write(&file_rec,Databuf,512,&bw);//写入数据

复制代码

    录音结束后，重新计算文件长度并写入：

1. wavhead.riff.ChunkSize=sectorsize*512+36;       //整个文件的大小-8;
   
2. wavhead.data.ChunkSize=sectorsize*512;              //数据大小
   
3. res = f_lseek(&file_rec,0);                                                 //偏移到文件头.
   
4. res = f_write(&file_rec,(const void*)(&wavhead),sizeof(WaveHeader),&bw);//写入头数据
   
5. res = f_close(&file_rec);
   
6. 
   
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复制代码

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三叶草

写的不错

zhang062061

三叶草 发表于 2021-1-23 12:49
写的不错

感谢支持

ljccl

问下楼主，这个电路录音的效果怎么样？有没有杂音？

狼里个狼121

感谢楼主分享

ljccl

电容C1和输出直接连接么？