Как добавить звук в Arduino //0×2

Мы прошли два предыдущих шага, научившись проигрывать мелодию с помощью ШИМ-а и SD/MMC карточки. Теперь настала пора качеству!

Первое, что нужно сделать — обзавестись SPI ЦАП-ом. Почему SPI? — у Arduino крайне мало портов для ЦАП-а с параллельным интерфейсом, да и рациональнее использовать последовательный. Самый дешевый (и единственный доступный): MCP4921. либо другой совместимый.

12Bit, ну почти 16 :); Rail-to-Rail; и стоит копеечку.

Как работает ЦАП, мы уже знаем из статьи R2R ЦАП, поэтому не обязательно к этому возвращаться. Также он требует опорного напряжения (VREF). Из документации можно узнать, что этот ЦАП применяют везде, кроме звукотехники. Но ничего страшного, так как звук — это сигнал определенной формы и схема не будет сильно отличаться от остальных.

Схема для частоты дискретизации ~22KHz: R2 и C2 — фильтр несущей частоты.

Схема для частоты дискретизации >>22KHz: Здесь фильтр вообще не нужен.

Также не следует забывать, что в общую цепь питания ЦАП нужно поставить конденсатор(ы) емкостью 0.1uF.

Если вы питаете ЦАП от 3.3v, то Arduino нужно также запитать от этого источника, либо использовать конвертер уровней!

Протокол у ЦАП-а прост как дважды два. CS и LDAC — можно и вовсе прижать к земле.

Биты данных

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Выбрать канал, но здесь не используется (0 = A, 1 = B) VREF буферизация, во избежание помех (1, 0) Увеличение выходного сигнала в n раз (1 = 1x, 0 = 2x) Контроль выхода (1 = Ничего, 0 = Выходной буфер отключен, Z состояние) D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Что весьма интересно: такой же ЦАП стоит в Arduino Wave Shield, поэтому можно не изобретать велосипед снова, а использовать их библиотеку WaveHC, которая вполне подойдет для наших целей. Но прежде необходимо подключить к Arduino SD/MMC карту, если вы еще это не сделали. Желательно, чтобы провод от SD/MMC был коротким и защищен от помех.

Далее, поменяем конфигурационный файл библиотеки:

WaveHC.h

1
2
3
4
5
6
7
...
#define OPTIMIZE_CONTIGUOUS 1 //Оптимизация открытия файлов
...
#define DVOLUME 0 //Отключить программную регуляцию громкости
...
#define RATE_ERROR_LEVEL 0 //Игнорируем все ошибки. Начхать на все ограничения!
...

Теперь мы можем воспроизводить .wav файлы формата: PCM 16-bit MONO 44KHz(а может и больше).

Загрузим тестовый скетч:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
/*
 * This example plays every .WAV file it finds on the SD card in a loop
 */
#include <WaveHC.h>
#include <WaveUtil.h>
 
SdReader card;    // This object holds the information for the card
FatVolume vol;    // This holds the information for the partition on the card
FatReader root;   // This holds the information for the volumes root directory
WaveHC wave;      // This is the only wave (audio) object, since we will only play one at a time
 
uint8_t dirLevel; // indent level for file/dir names    (for prettyprinting)
dir_t dirBuf;     // buffer for directory reads
 
#define error(msg) error_P(PSTR(msg))
 
void play(FatReader &dir);
 
//////////////////////////////////// SETUP
void setup() {
  Serial.begin(9600);           // set up Serial library at 9600 bps for debugging
 
  putstring_nl("\nWave test!");  // say we woke up!
 
  putstring("Free RAM: ");       // This can help with debugging, running out of RAM is bad
  Serial.println(FreeRam());
 
  //  if (!card.init(true)) { //play with 4 MHz spi if 8MHz isn't working for you
  if (!card.init()) {         //play with 8 MHz spi (default faster!)  
    error("Card init. failed!");  // Something went wrong, lets print out why
  }
 
  // enable optimize read - some cards may timeout. Disable if you're having problems
  card.partialBlockRead(true);
 
  // Now we will look for a FAT partition!
  uint8_t part;
  for (part = 0; part < 5; part++) {   // we have up to 5 slots to look in
    if (vol.init(card, part)) 
      break;                           // we found one, lets bail
  }
  if (part == 5) {                     // if we ended up not finding one  :(
    error("No valid FAT partition!");  // Something went wrong, lets print out why
  }
 
  // Lets tell the user about what we found
  putstring("Using partition ");
  Serial.print(part, DEC);
  putstring(", type is FAT");
  Serial.println(vol.fatType(), DEC);     // FAT16 or FAT32?
 
  // Try to open the root directory
  if (!root.openRoot(vol)) {
    error("Can't open root dir!");      // Something went wrong,
  }
 
  // Whew! We got past the tough parts.
  putstring_nl("Files found (* = fragmented):");
 
  // Print out all of the files in all the directories.
  root.ls(LS_R | LS_FLAG_FRAGMENTED);
}
 
void loop() {
  root.rewind();
  play(root);
}
 
void error_P(const char *str) {
  PgmPrint("Error: ");
  SerialPrint_P(str);
  sdErrorCheck();
  while(1);
}
 
void sdErrorCheck(void) {
  if (!card.errorCode()) return;
  PgmPrint("\r\nSD I/O error: ");
  Serial.print(card.errorCode(), HEX);
  PgmPrint(", ");
  Serial.println(card.errorData(), HEX);
  while(1);
}
 
void play(FatReader &dir) {
  FatReader file;
  while (dir.readDir(dirBuf) > 0) {    // Read every file in the directory one at a time
 
    if (!DIR_IS_SUBDIR(dirBuf)
         && strncmp_P((char *)&dirBuf.name[8], PSTR("WAV"), 3)) {
      continue;
    }
 
    Serial.println();            // clear out a new line
 
    for (uint8_t i = 0; i < dirLevel; i++) {
       Serial.write(' ');       // this is for prettyprinting, put spaces in front
    }
    if (!file.open(vol, dirBuf)) {        // open the file in the directory
      error("file.open failed");          // something went wrong
    }
 
    if (file.isDir()) {                   // check if we opened a new directory
      putstring("Subdir: ");
      printEntryName(dirBuf);
      Serial.println();
      dirLevel += 2;                      // add more spaces
      // play files in subdirectory
      play(file);                         // recursive!
      dirLevel -= 2;    
    }
    else {
      // Aha! we found a file that isnt a directory
      putstring("Playing ");
      printEntryName(dirBuf);              // print it out
      if (!wave.create(file)) {            // Figure out, is it a WAV proper?
        putstring(" Not a valid WAV");     // ok skip it
      } else {
        Serial.println();                  // Hooray it IS a WAV proper!
        wave.play();                       // make some noise!
 
        uint8_t n = 0;
        while (wave.isplaying) {// playing occurs in interrupts, so we print dots in realtime
          putstring(".");
          if (Serial.available()>0) {wave.stop(); break;}
          if (!(++n % 32))Serial.println();
          delay(100);
        }    
        Serial.read();   
        sdErrorCheck();                    // everything OK?
        // if (wave.errors)Serial.println(wave.errors);     // wave decoding errors
      }
    }
  }
}

Настало время самих звуковых файлов: конвертируем в нужный формат, хоть с помощью Itunes и складываем «как попало» на SD/MMC карточку. Так как выход и ЦАП слабый, нужен усилитель и конденсатор на выходе (последовательно, ~4uF). Либо вы можете подключить его к линейному входу ПК. Я использовал такую схему:

Результаты: (через линейный вход)

 

 

PS: Киркорова не нашлось, извините 🙂


Все части статьи

Вы можите оставить комментарий, или поставить трэкбек со своего сайта.

7 комментариев к “Как добавить звук в Arduino //0×2”

  1. Андрей:

    Как воспроизводить файлы в хаотичном порядке?

  2. jaw:

    А как воспроизводить звук через наушники с подключенного к ардуино микрофона?

    • Не могу конкретно описать, что нужно сделать, но задача не из сложных.
      Необходимо изменить код библиотеки для ЦАП и прямым потоком слать данные с аналогового порта.

      1
      2
      
      int var = analogRead(A0);
      DAC_Send(var); //Что-то наподобие

      Если будет время, то на досуге попробую.

  3. JMK:

    здравствуйте как сделать чтобы звук который идет через микрофон вышло с наушника на ардуино спасибо

  4. Михаил:

    Добрый день, подскажите каким образом решается проблема битности звука, ведь ЦАП 12-битный, а файл 16-тибитный ?

Написать комментарий

XHTML: Вы можете использовать эти теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Bug Report
Локализовано: шаблоны Wordpress