STM32F4 Discovery 麥克風USB錄音

[Lin]

目前專題研究STM32的麥克風錄音存至USB隨身碟，使用STM32F4 Discovery開發版，使用Audio_playback_and_record範例做修改，由於範例錄出來的音檔取樣率只有8kHz，不符合需求，欲提升至16kHz或更快。

現在可以做到I2S驅動開發板上的MP45DT麥克風，透過SPI中斷接收PDM資料，等待64筆後，由PDM_Filter_64_LSB函數轉成PCM音訊，整體麥克風驅動、中斷方式與Audio_playback_and_record範例一樣，主要差異在於後端資料儲存，已有先測試將轉換好的PCM資料存放在STM32F4的內部RAM，累積32000筆後再透過USART3傳到LabVIEW驗證聲音，結果取樣率16kHz無誤，頻譜分析也能到8kHz，聲音正常，代表麥克風驅動至PDM轉PCM這部分是正確的(參考附件wave1.png)。

後端資料儲存測試過將PDM_Filter_64_LSB函數轉換出PCM資料即時寫入隨身碟，但將結果顯示至聲波圖會發現充滿音爆現象(參考附件wave2.png)，可能原因為STM32寫入隨身碟速度不夠；另外也測試過即時將轉換出PCM資料透過USART(921600bps)發送到LabVIEW端接收，其結果也充滿音爆。是否請大家幫忙指點問題或建議呢? 目前主要撰寫8bit MCU，32bit MCU第一次接觸，萬分感謝。

[Bee]

看起來數值是沒有問題。
不過音爆圖看來不像是有雜訊。因為皆以256的數值為其偏差量。
也就是在將16位元資料以8位元存入時，符號位元錯誤。
建議取樣使用unsigned short為單位。存入USB時則是unsigned char為單位。
使用無號數才不會有數值轉換問題。
另外PC側也相同，解讀時也以unsigned為主。

[Lin]

Bee您好

附件wave1.png的結果是先將轉換好的PCM音訊儲存於STM32F4的內部RAM，32000筆，待累積完畢後再轉存至USB隨身碟的結果，抱歉這部分沒有於上面描述清楚。

f_write (&file, (uint16_t *)PCM_DATA, 32000*2 , (void *)&bytesWritten);

有先驗證過fatfs的f_write函數，寫入時是從低位元開始寫入，

如寫入0xAB CD， 寫入完畢從LabVIEW驗證資料則為0xCD AB，這部分在LabVIEW已有將位元順序調整回來0x AB CD，可以參考附件wave3.png，這張圖是沒有將位元順序調整回來，直接轉換成聲波圖，結果是很雜亂；將位元順序還原後就如上面附件wave1.png所示，聲音正常，取樣率正確，無爆音。

即時寫入：f_write (&file, (uint16_t *)PCM_DATA_BUF, 16*2 , (void *)&bytesWritten);

Bee於 2014年4月14日星期一UTC+8下午1時18分33秒寫道：

[Bee]

看來即時寫入這件事是造成音爆主因。
我看了一下原始碼，主程式沒有什麼內容。也就是大部分工作在中斷程式內。
您若是在中斷程式中發動寫入，因為USB傳輸並不是在固定時間內可以確定完成。
結果可能會影響其他工作，包括取I2S相關的工作，進而造成資料錯誤。

我是用ADC做音頻相關，取樣率在100KHz，RAM的速度可以負擔。
儲存則是用SDIO上的SD卡，因為是確定STM32為主控，所以不會有其他不確定因素。
存下來的資料由SD卡到PC側無問題。
但我中斷少用，內容也只有一點，減少中斷程式內執行時間。大量資料傳輸則是用DMA。
因為驅動SD卡也是用到Fatfs，我認為有點慢，在大量資料傳送時，直接使用SDIO寫入。其他非大量資料動作時，則用Fatfs工作。

16KHz和我設計的系統比起來應不算是問題。
你去確認工作筆數，將干涉到的程式找出來才能解開你的問題。

[Bee]

先做錄音，再做存檔。沒有問題再弄即時。

[Lin]

你好

我的方式是I2S中斷裡的PDM_Filter_64_LSB()轉換完啟動flag，讓主程式判斷該flag再寫入USB隨身碟，整個流程裡只有I2S中斷。

目前已捨棄USB隨身碟寫入，將資料先寫入STM32F407內崁1MByte的Flash，這部分確定已經可以，可存放30秒的16KHz，16Bit聲音。

最近會測試讓DMA先接收I2S資料，因為PDM_Filter_64_LSB()函數要64筆才能轉換成PCM，可以不必每次讓MCU都處理I2S中斷，等待64筆後DMA通知處理，應該可以再解省MCU時間，這是目前的想法，還不曉得可否執行。

File：waverecorder.c

void AUDIO_REC_SPI_IRQHANDLER(void)
{
  uint16_t app;
  /* Check if data are available in SPI Data register */
  if (SPI_GetITStatus(SPI2, SPI_I2S_IT_RXNE) != RESET)
  {
    app = SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
    InternalBuffer[InternalBufferSize++] = HTONS(app);
    /* Check to prevent overflow condition */
    if (InternalBufferSize >= INTERNAL_BUFF_SIZE)
    {
      PDM_Filter_64_LSB((uint8_t *)InternalBuffer, PCM_BUF, 64 , (PDMFilter_InitStruct *)&Filter);
      PCM_FLAG = 1;
      WaveCounter += 16;
      InternalBufferSize = 0;
      if( WaveCounter > 480000)
      {
        REC_FLAG = 0;
      }
    }
  }
}

File：main.c

while( REC_FLAG )
{
if(PCM_FLAG)
{
for( PCM_i = 0; PCM_i < 16; PCM_i ++)
{
FLASH_ProgramHalfWord (Address, PCM_BUF[PCM_i]);
                                Address = Address + 2;
// if (FLASH_ProgramHalfWord (Address, PCM_BUF[PCM_i]) == FLASH_COMPLETE)
// Address = Address + 2;
// else
// {
// while(1)
// GPIO_SetBits (GPIOD, GPIO_Pin_13);
// }
}
PCM_FLAG=0;
}
}

Bee於 2014年4月15日星期二UTC+8上午9時48分59秒寫道：

[Bee]

追了USB程式碼，追了很久。大概知道問題了。
因為USB所有函式都在中斷中執行，包括讀取及寫入。所以變成其他工作無法有效的進行。
難怪錄音取樣率低。
而我則因為沒有USB，所以才能即時將資料寫入SD卡。
不過USB要能即時使用，看來結構要改。
這個也是很頭痛的項目。對於沒有遇過USB程式的我來說，要動不難，要所有的裝置可以即時動作就有些難度了。

儲存在Flash也行，不過容量仍是不大，可用性低了些。
還是寫在SD卡好太多了。目前已經實驗寫入16MB以上，都沒有問題。
可以在PC上使用SD卡讀錄到的資料，直接寫簡單的C語言讀檔測試，測試成功再移回STM32內。開發速度會快許多。

[ma41...@stust.edu.tw]

你好 請問一下STM32F407 如何接收3.5MM的麥克風訊號呢??
能指導一下嗎?