STM32学习心得三十五（上）：VS1053实验之RAM测试及正弦测试

记录一下，方便以后翻阅~
主要内容：
1）硬件连接；
2） VS1053简介；
3）相关实验及其代码解读。
实验功能：程序开启后，系统先进行RAM测试，再进行正弦测试，可以接耳机听到所设的单频声音。备注：音乐播放实验还未深入研究，本章内容不涉及。
硬件连接：如下图所示：
在这里插入图片描述
VS1053与STM32F103ZET6芯片的连接关系如下：
1） VS_MISO→PA6；
2） VS_MOSI→PA7；
3） VS_SCK→PA5；
4） VS_XCS→PF7；
5） VS_XDCS→PF6；
6） VS_DREQ→PC13；
7） VS_RST→PE6。
备注：PA5/PA6/PA7，即：STM32的SPI1；SPK_CTRL，控制板载喇叭（输入到HT6872）！由程序控制。
1. VS1053简介
1.1 VS1053是继VS1003后荷兰VLSI公司推出的又一款高性能编解码芯片。该芯片可对MP3/OGG/WMA/FLAC/WAV/AAC/MIDI等音频格式解码，同时还支持ADPCM/OGG等格式的编码，性能相对VS1003提升不少。
VS1053拥有一个高性能的DSP处理器核VS_DSP，16K的指令RAM，0.5K的数据RAM，通过SPI控制，具有8个可用的通用IO口和一个串口，芯片内部还带了一个可变采样率的立体声ADC（支持咪头或线路输入）、一个高性能立体声DAC及音频耳机放大器。

1.2 特点
1）支持OGG/MP3/WMA/WAV/FLAC（需加载patch）/MIDI/AAC等格式解码；
2）支持OGG（需加载patch）/IMA ADPCM编码；
3）支持音量调节、高低音控制和EarSpeaker空间效果；
4）自带高性能立体声ADC和DAC，音质比VS 1003好很多；
5）自带耳机驱动器，可驱动30欧负载的耳机；
6）自带8个GPIO，可用于控制外设/作为I2S接口（外接DAC ）；
7）通过SPI接口控制/传输数据，接口简单；
8）可通过加载patch，实现新功能添加；
9）低功耗。

1.3 接口介绍
VS1053通过SPI接口来接受输入的音频数据流，它可以是一个系统的从机，也可以作为独立的主机。本例程，我们把它当成从机使用。我们通过SPI口向VS1053不停的输入音频数据，它就会自动帮我们解码了，然后从输出通道输出音乐，这时我们接上耳机就能听到所播放的歌曲了。
VS1053通过7根线同MCU连接，如下：
VS_RST：VS1053的复位信号线，低电平有效；
VS_DREQ：数据请求信号（高电平有效），用来通知主机，VS1053是否可以接收数据；
VS_XCS：命令片选（低电平有效）；
VS_XDCS：数据片选（低电平有效）；
VS_MISO、VS_MOSI和VS_SCK：SPI信号线。

1.4 VS1053工作模式
VS1053的SPI支持两种工作模式：
1，VS1002有效模式（即新模式）；
2，VS1001兼容模式。
这里仅介绍VS1002有效模式（此模式也是VS1053的默认模式）。在新模式下VS1053的SPI信号线功能描述如下表所示：
在这里插入图片描述
VS1053的SPI数据传送，分为SDI和SCI，分别用来传输数据/命令。SDI采用SPI协议，不过，数据传输受DREQ控制，主机在判断DREQ有效（高电平）之后，直接发送数据即可（一次可以发送32个字节）。

1.5 VS1053之SCI命令传输介绍
SCI串行总线命令接口包含了一个指令字节、一个地址字节和一个16位的数据字。读写操作可以读写单个寄存器，在SCK的上升沿读出数据位，所以主机必须在下降沿刷新数据。SCI的字节数据总是高位在前低位在后的。第一个字节指令字节，只有2个指令，也就是读和写，读为0X03，写为0X02。
SCI读时序如下图所示：
在这里插入图片描述
SCI写时序如下图所示：

写指令为：0X02，数据通过SI写入VS1053， SO则一直维持低电平。
注意：在读和写时序图中，DREQ信号上都产生了一个短暂的低脉冲，也就是执行时间，在写入和读出VS1053的数据之后，它需要一些时间来处理内部的事情，这段时间，是不允许外部打断的。所以，在SCI操作之前，最好判断一下DREQ是否为高电平，如果不是，则等待DREQ变为高。

2. VS1053寄存器介绍
2.1 VS1053的所有的SCI寄存器，如下表：
在这里插入图片描述
2.2 MODE寄存器（0X00）

SM_RESET：软件复位，建议在每播放一首歌曲之后，软复位一次。
SM_SDINEW：模式设置位，设置为1，选择VS1002新模式(本地模式)。
其他位的详细介绍，请参考：VS1053_cn.pdf。

2.3 BASS寄存器（0X02）
在这里插入图片描述该寄存器可以用于设置VS1053的高低音效，通过这个寄存器以上位的一些设置，我们可以随意配置自己喜欢的音效（其实就是高低音的调节）。
注意：EarSpeaker效果由MODE寄存器控制。

2.4 CLOCKF寄存器（0X03）
在这里插入图片描述
该寄存器用来设置时钟频率、倍频等相关信息。其中：SC_FREQ是以4Khz为步进的一个时钟寄存器，当外部时钟是12.288M的时候，设置为0即可。
XTALI是外部晶振的时钟频率（单位为：Hz ）。CLKI是内部时钟频率。由于我们使用的是12.288M的晶振，在这里设置此寄存器的值为0X9800，也就是设置内部时钟频率为输入时钟频率的3倍，倍频增量为1.5倍（0X9800=1001 1000 0000 0000）。

2.5 DECODE_TIME寄存器（0X04）
该寄存器是一个存放解码时间的寄存器，以秒钟为单位，我们通过读取该寄存器的值，就可以得到解码时间。不过，它是一个累计时间，在每首歌播放之前，需要把它清空一下，以得到这首歌的准确解码时间。

2.6 HDAT0&HDAT1寄存器（0X08&0X09）
这两个寄存器，是数据流头寄存器，不同的音频文件，读出来的值意义不一样，我们可以通过这两个寄存器来获取音频文件的码率，从而可以计算音频文件的总长度。这两个寄存器的详细介绍，请参考：VS1053的数据手册（VS1053_cn.pdf）。

2.7 VOL寄存器（0X0B）
该寄存器用于控制VS1053的输出音量，该寄存器可以分别控制左右声道的音量，每个声道的控制范围为0~254，每个增量代表0.5db的衰减，所以该值越小，代表音量越大。比如设置为0X0000则音量最大，而设置为0XFEFE则音量最小。
注意：如果设置VOL的值为0XFFFF，将使芯片进入掉电模式！

3 VS1053初始化步骤
1）复位VS1053
包括硬复位和软复位，让VS1053恢复初始状态，准备解码下一首歌曲。在每首歌曲播放之前都可以执行一次硬件复位和软件复位，以便更好的播放音乐。
2）配置VS1053的相关寄存器
这里配置的寄存器包括VS1053的模式寄存器（MODE）、时钟寄存器（CLOCKF）、音调寄存器（BASS）、音量寄存器（VOL）等。

3）发送音频数据
经过以上①、②配置以后，剩下来要做的事情，就是往VS1053里面发送音频数据，只要是VS1053支持的音频格式，直接往里面丢就可以了，VS1053会自动识别，并进行播放。不过，发送数据要在DREQ信号的控制下有序的进行，不能乱发。这个规则很简单：只要DREQ变高，就向VS1053发送32个字节。然后继续等待DREQ变高，直到音频数据发送完。

4. 部分源码讲解
4.1 VS1053低速2.25MHz，高速9MHz。

/*******************************************************************************
函数名称：u8 VS_SPI_ReadWriteByte(u8 data)
函数功能：读写数据，移植用         
入口参数：u8 data：要写入的数据
返回参数：u8 读到的数据
解读作者：Aaron
********************************************************************************/
u8 VS_SPI_ReadWriteByte(u8 data)
{
    
                                 
    return SPI1_ReadWriteByte(data);     
}
/* VS1053初始化时,需要低速 */
void VS_SPI_SpeedLow(void)
{
    
                                                                        
    SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_32);     /* 设置低速模式，72/32≈2.25MHz */ 
}
/* VS1053正常工作时,可以高速 */
void VS_SPI_SpeedHigh(void)
{
    
                                                       
    SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8);      /* 设置高速模式，72/8＝9MHz */                
}

这么设置的原因如下表（VS1053芯片手册）：
在这里插入图片描述
SPI读取操作时，速率为CLKI/7 MHz，在SCI和SDI写入操作时允许为CLKI/4MHz。CLKI值为3倍（本项目要求设置的）的晶振频率，即12.288×3＝36.864MHz，那么CLKI/7＜5MHz，CLKI/4＜9.2MHz。因此低速时，2.25MHz满足5MHz要求，高速时，9MHz满足9.2MHz。

5 相关实验代码解读
5.1 vs10xx.c部分代码（我修改了下）

/**********************************************************************
函数名称：VS_Init()
函数功能：初始化VS10XX的IO口  
入口参数：无
返回参数：无
解读作者：Aaron
***********************************************************************/
void VS_Init(void)
{
    
    
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOF, ENABLE);  /* 使能PC,PE,PF端口时钟 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;     
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;          /* 上拉输入 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);                 /* 初始化PC13,对应VS_DREQ（数据请求信号） */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;  
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;       /* 推挽输出 */
 GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);                 /* 初始化PE6,对应复位信号线 */       
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;       /* 推挽输出 */
 GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);                 /* 初始化PF6和PF7,对应VS_XDCS（数据片选）和VS_XCS（命令片选） */
 SPI1_Init();                                           /* 初始化SPI */
} 

/**********************************************************************
函数名称：VS_Sine_Test()
函数功能：正弦测试   
入口参数：无
返回参数：无
解读作者：Aaron
***********************************************************************/
void VS_Sine_Test(void)
{
    
                   
 VS_HD_Reset();                /* 硬件复位 */
 VS_WR_Cmd(0x0b,0X5050);       /* 设置音量，值越小声音越大 */ 
 VS_WR_Cmd(SPI_MODE,0x0820);   /* 进入VS10XX的测试模式，MODE寄存器，[位5]SM_TEST允许SDI测试，[位11]SM_SDINEW本地模式 */     
 while(VS_DQ==0);              /* 等待DREQ为高 */
 printf("mode sin:%x\n",VS_RD_Reg(SPI_MODE));
 /* 向VS10XX发送正弦测试命令：0x53 0xef 0x6e n 0x00 0x00 0x00 0x00 其中n = 0x28=0b00101000, 即FS=48000Hz，频率=48000*8/128=3000Hz  */
 VS_SPI_SpeedLow();            /* 低速模式 */
 VS_XDCS=0;                    /* 选中数据传输 */
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x53);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0xef);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x6e);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x28);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 delay_ms(200);                /* 测试经验告诉我，延迟时间不能超过1s */
 VS_XDCS=1; 
 /* 退出正弦测试 */
 VS_XDCS=0;                    /* 选中数据传输 */
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x45);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x78);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x69);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x74);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 delay_ms(100);
 VS_XDCS=1;   
 /* 向VS10XX发送正弦测试命令：0x53 0xef 0x6e n 0x00 0x00 0x00 0x00其 中n = 0x22=0b001 00010, 即FS=48000Hz，频率=48000*2/128=750Hz  */
 VS_HD_Reset();                /* 硬件复位 */
 VS_WR_Cmd(0x0b,0X5050);       /* 设置音量，值越小声音越大 */ 
 VS_WR_Cmd(SPI_MODE,0x0820);   /* 进入VS10XX的测试模式，MODE寄存器，[位5]SM_TEST允许SDI测试，[位11]SM_SDINEW本地模式 */     
 while(VS_DQ==0);              /* 等待DREQ为高 */
 VS_SPI_SpeedLow();            /* 低速模式 */
 VS_XDCS=0;                    /* 选中数据传输 */      
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x53);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0xef);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x6e);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x22);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 delay_ms(400);
 VS_XDCS=1;
 /* 退出正弦测试 */
 VS_XDCS=0;                    /* 选中数据传输 */
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x45);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x78);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x69);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x74);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 delay_ms(100);
 VS_XDCS=1;  
 }
 
 /**********************************************************************
函数名称：u16 VS_Ram_Test()
函数功能：RAM测试 
入口参数：无
返回参数：u16 RAM测试结果，VS1003若得到0x807F，则表明完好，VS1053则为0X83FF
解读作者：Aaron
***********************************************************************/
u16 VS_Ram_Test(void)
{
    
     
 VS_HD_Reset();                /* 硬件复位 */ 
 VS_WR_Cmd(SPI_MODE,0x0820);   /* 进入VS10XX的测试模式 */
 while (VS_DQ==0);             /* 等待DREQ为高 */      
 VS_SPI_SpeedLow();            /* 低速 */ 
 VS_XDCS=0;                    /* xDCS = 1，选择VS10XX的数据接口 */
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x4d);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0xea);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x6d);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x54);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
 delay_ms(150);  
 VS_XDCS=1;
 return VS_RD_Reg(SPI_HDAT0);  /* VS1003如果得到的值为0x807F，则表明完好;VS1053为0X83FF */       
}

5.2 main.c主函数代码解读

/************************************************
函数名称：int main()
函数功能：主函数
入口参数：无
返回参数：int
解读作者：Aaron
*************************************************/
 int main(void)
 {
    
      
  delay_init();                                   
  NVIC_Configuration();
  LED_Init();      
  KEY_Init(); 
  My_USART1_Init();   
  VS_Init();           /* 包含对SPI1初始化 */ 
  printf("存储器测试:%d\r\n",VS_Ram_Test());
  while(1)
  {
    
    
   DS0=0;        
   printf("开始播放单频信号\r\n"); 
   VS_Sine_Test();   
   delay_ms(1000);  
   DS0=1;
   delay_ms(1000);  
  }                   
}

实验结果
接上耳机，能听到200ms的3000Hz单频声，然后紧接着听到400ms的750Hz单频声。
在这里插入图片描述

STM32学习心得三十五（上）：VS1053实验之RAM测试及正弦测试

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