stm32基于pwm语音播报设计

利用PWM给单片机应用增加语音功能2008-01-14 15:06: ????推荐:0????收藏:0????评论:0???? 来源:单片机及嵌入式系统应用随着嵌入式领域的拓展，目前许多微控制器芯片一般都不具备数据一模拟的双向通道，但几乎都集成有PWM产生模块。

本文利用飞思卡尔公司HCSl2单片机的PWM模块，还原存储在存储器中的声音采样数据，在几乎不增加成本的情况下，实现嵌入式应用中的扩展语音功能。

HCSl2系列单片机未包含数／模转换的模块。

要给其扩展语音功能，通常的做法是增加一块数／模转换芯片。

虽然这样做可以得到非常好的音质(取决于数／模转换芯片的性能)，但由于耍多使用一块数／模转换芯片，在对音质要求不太高的应用中，会给设计增加额外的成本，同时也使电路设计相对复杂。

本文介绍利用PWM还原声音的解决方案，可以很好地解决这个矛盾。

例如安全报警应用中，系统通常已经包含了一块微控制器(用来处理人机交互以及系统的控制等)，当发出警报时，可以是“BB”或“当当”的蜂鸣声；当然，更好的做法是发出清晰的语音。

用PWM产生声音的基本原理，是使用存储在Flash中的音频采样数据或通过某种算法产生的声音数据，来控制PWM每个波形的占空比；接下来通过一低通滤波器滤波，就可将声音从PWM的脉冲波里分离出来，驱动扬声器发出声音。

1 从WAV文件中提取声音采样数据一般来说，可以从WAV文件中提取声音数据，标准的WAV格式的声音文件含有声音的采样数据和文件头。

文件头描述了后面声音数据的一些信息，如通道数、采样频率、采样位数以及数据的长度等。

通道数，是指声音的采样路数，如单声道、立体声等。

采样频率，是指每秒钟对声音的采样次数，采样频率越高，还原出来的声音越接近原始声音，如表l所列。

要精确还原出某种频率的波形，其最小采样率应为该波形的2倍。

采样位数，指的是每次采样的采样精度。

采样位数越高，还原出来的声音的量化噪声越小，波形也越接近原波形。

基于P WM 和S T M 32的语音录放设计*李力,谢云,赵龙辉,陈奕辉,林诗柔(广东工业大学自动化学院,广州510000)*基金项目:广东省自然科学基金(2016A 030313706)㊂摘要:针对智能产品对语音播放的需求和现有系统存在的问题,提出一种基于P C M 的语音录放设计㊂设计采用S TM 32F 103R C T 6作为主控单元,微控制器直接读取P C M 格式的音频数据,通过P WM 方式实现音频的播放㊂该设计能够实现语音录放的功能,输出内容灵活可调,具有一定的应用价值㊂关键词:P C M ;P WM ;微控制器;音频播放;S TM 32F 103R C T 6中图分类号:T N 92 文献标识码:AD e s i g n o f A u d i o P l a y e r S ys t e m B a s e d o n P WM a n d S T M 32L i L i ,X i e Y u n ,Z h a o L o n gh u i ,C h e n Y i h u i ,L i n S h i r o u (S c h o o l o f A u t o m a t i o n ,G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,G u a n gz h o u 510000,C h i n a )A b s t r a c t :A c c o r d i n g t o t h e d e m a n d s o f i n t e l l e c t u a l p r o d u c t s a n d t h e p r o b l e m s o f e x i s t i n g s y s t e m ,a d e s i g n o f v o i c e p l a y b a c k s ys t e m b a s e d o n P u l s e C o d e M o d u l a t i o n (P C M )i s d e s i g n e d .T h e m a i n c o n t r o l u n i t u s e s t h e S TM 32F 103R C T 6.T h e P C M f i l e c a n b e d i r e c t l yr e a d ,a n d p l a y a u d i o t h r o u g h P WM m o d u l a t i o n .T h e d e s i g n e d s y s t e m c a n r e a l i z e t h e e x p e c t e d f u n c t i o n s o f v o i c e p l a y i n g,a n d t h e c o n t e n t o f v o i c e c a n c h a n g e b y y o u r s e l f ,a n d h a s v a l u e f o r a p pl i c a t i o n .K e y wo r d s :P C M ;P WM ;m i c r o c o n t r o l l e r ;v o i c e p l a y ;S TM 32F 103R C T 6引 言随着技术的日益发展,人们对智能设备的要求越来越高,具有音频播放能力的设备逐渐成为主流,出现了多种具有语音输出功能的产品㊂根据播放时输出数据的变换方式,可分为数字模拟播放输出和数字信号直推输出㊂前者是将音频信号解码后通过D A C 的方式输出并推动扬声器进行播放[1-4],音效不理想;使用数字信号直推或放大后进行音频播放[5-8]正逐渐成为主流㊂按照播放载体可分为O T P 语音芯片㊁T T S 语音芯片和使用专用解码器解码播放㊂使用O T P 语音芯片可分为一次性可编程语音芯片和E E P R OM 语音芯片[9],前者只能烧写一次且播放段不可控,后者虽然可以重复擦写且录放一体,但是音频质量往往难以保证,且都需要M C U 对它们进行控制,较为复杂;T T S (T e x t T o S pe e c h ,从文本到语音)语音芯片虽然可将文本合成语音流,并可实现任意段播放,但成本较高;使用专用的音频解码器对音频文件进行解码播放,如基于S TM 32的多功能M P 3设计[10]㊁面向嵌入式系统的音视频解码与同步播放实现[11],实现了语音的解码播放,同样增加了成本㊂因此,本设计提出一种基于P WM 的语音录放设计,系统结构图如图1所示,微控制器与计算机通过串口进行通信,使用X m o d e m 协议来保证在传输时数据的准确性,将P C M 格式的音频数据按照一定的编码格式存放在F L A S H 芯片中㊂利用微控制器的定时/计数器和P WM输出能力实现语音播放㊂与使用解码芯片方案相比,该设计仍使用数据存储芯片与功放输出芯片,但无需使用解码芯片,且输出级不需要高分辨率的数/模转换器[12]㊂图1 语音录放系统结构图该设计要求微控制器可以输出占空比可变的P WM ,并且需要有精确计时到1/16000s 的定时器,即可使M C U 支持语音播放㊂利用P WM 将音频数据还原成语音信号,简化电路的同时占用微控制器资源少,硬件结构简单,降低了工艺成本,可应用于电话应答机㊁各类可编程的需要语音播放仪器仪表或智能家居产品中(如一种基于125k H z 的R F I D 智能锁设计[13]㊁可移动智能无障碍门禁系统设计[14]等),引入音频播放之后可以带来更好的体验和交互㊂本设计以智能锁所需的部分音频进行分析㊂1 系统及基本结构系统主要由控制模块㊁功率放大模块及数据存储模块组成㊂控制模块的核心是S TM 32F 103R C T 6微控制器,进行音频数据的读取和P WM 波生成㊂功率放大模块主要由H T 82V 742音频驱动器I C 构成,它将来自微控制器的P WM 信号输出,直接驱动扬声器㊂数据存储模块存放音频数据,并在微控制器需要时提供数据㊂此外,当需要写入音频数据时,上位机与微控制器间使用串口通信,采用X m o d e m 协议进行数据传输,存储在F L A S H 中㊂2 系统硬件设计本设计采用S TM 32F 103R C T 6微控制器作为主控单片机,硬件设计主要包括3个部分:主控单元㊁功率放大部分及数据存储模块㊂该系列微控制器时钟工作频率可达72MH z ,拥有U A R T ㊁S P I ㊁I 2C 等多个通信接口,主频最高可达72MH z ,其内部搭载的16位高级控制定时器T I M 1和T I M 8可设置为产生输出波形模式(即P WM 输出模式),并支持两路互补输出㊂S T 公司提供丰富的技术文档和库函数封装,以及K e i l 5专门针对该类微控制器推出的编程软件M D K 5也降低了该单片机二次开发的难度㊂2.1 H T 82V 742音频驱动芯片功率放大模块可为主控单元输出的P WM 脉冲进行放大,只需要M C U 支持P WM 输出模式,搭载H T 82V 742音频驱动I C 后便可具有语音播放功能㊂在工作电压为5V ㊁负载为8Ω的工况下,输出功率可达1.5W ,采用B r i d ge T i e d L o a d 输出㊂该音频P WM 放大器具有两个输入引脚和两个输出引脚,输出引脚可直推扬声器㊂其典型应用方框图如图2所示㊂图2 H T 82V 742典型应用电路图中,I N 1㊁I N 2和O U T 1㊁O U T 2之间是同相逻辑关系㊂若I N 1㊁I N 2同时输入为高,则O U T 1和O U T 输出为高;若I N 1㊁I N 2同时输入为低,则O U T 1㊁O U T 2则输出为低㊂如图2所示,M C U 在P WM 1/P WM 2引脚上产生音频P WM 调制信号,配合S u b b a n d C o d i n g 压缩/解压,就可以使得M C U 具有语音功能㊂2.2 数据存储模块数据存储模块的主要功能为存放以P C M 格式编码的语音文件,并且按照一定的索引规则存放㊂设计选用W 25Q 16存储芯片,存储模块电路图如图3所示,该芯片将2M B 存储空间划分为32个块(B l o c k),每个块的大小为64K B ㊂每个块可分为16个扇区(S e c t o r),每个扇区固定大小为4K B ,即每次进行擦除操作时,必须擦除4K B ㊂若以16位的采样精度和16k H z 的采样率来计算,该芯片可存储约65.5s 的音频数据㊂图3 数据存储模块电路图在进行操作时,每次需要给W 25Q 16开辟1个至少4K B 的数据缓存区㊂该器件通过S P I 总线接口进行操作,微控制器通过搭载的S P I 1接口与其进行通信㊂3 系统软件设计3.1 音频数据预处理P C M 是数字通信的编码方式之一,基本原理是将语音㊁图像等模拟信号每隔一定时间进行取样,使其离散化,同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化,同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值㊂设计中采用微控制器直接读取P C M 文件的方式实现音频播放,因此利用上位机将所需或合成的WA V 格式的音频文件统一进行格式转换并编码㊂在智能锁的交互过程中使用到约22个音频段,然后执行m k f i l e ㊂在b a t 批处理文件中,程序将自动调用 w a v 2p c m.e x e ㊁ c o m b i n e .e x e 和 e n c o d e .e x e 三个应用程序,完成 格式转换 文件组合 文件编码 步骤,并生成b i n 文件㊂编码后的音频存储索引如图4所示㊂图4 数据索引格式设计共使用22段音频,经过处理后生成的b i n 文件中,前16个字节包含该部分语音数据的采样率㊁声道数和采样位数等信息㊂接下来以4个字节为一组,代表22段音频在b i n 文件中的编码地址㊂3.2 音频数据传输微控制器与上位机间采用串口通信,采用X m o d e m协议进行数据的传输,以保证数据的完整性,防止丢包㊂数据包格式如下所示:该协议下传输数据单位为信息包,以128字节块的形式传输数据,并且每个块都使用一个校验过程来进行错误检测㊂在校验过程中,如果接收方关于一个块的检验和与它在发送方的检验相同,接收方就向发送方发送一个确认字节<A C K>;如果有错则发送一个字节<N A K>要求重发㊂其中包括固定数据头帧S OH (0x 01),第2个字节为当前数据包序号,下一个字节是数据包序号的补码,用来检验是否正确发送㊂中间128个字节是本次发送的数据,如果余下不足128字节,则使用C T R L Z (0x 1A )来填充数据包,最后是一个双字节的C R C 16校验㊂3.3 P WM 播放原理及实现脉宽调制(P WM )在多个领域具有多种应用,例如通信系统㊁光学系统㊁功率转换器和音频系统[14]㊂在采样控制原理中有一个重要结论[15]:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同㊂冲量即指窄脉冲的面积,效果相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同[16]㊂波形如图5所示,将正弦半波进行等分,可以看到等分幅值是不相同的㊂用图5(b)中等幅但不等宽的脉冲(即P WM 波)来代替这个正弦半波,每一个等幅不等宽的脉冲与图5(a )的等宽脉冲的冲量(即面积)相同,也就是说可以用P WM 波来近似等效正弦半波,但其中P WM 波输出频率必须与P C M 中的采样频率保持一致㊂利用第3.1节中的P C M 数据流,由模拟信号到数字信号的逆过程可知,使用P WM 波可以近似等效输出原音频波形㊂图5 P WM 波等效正弦半波采用P WM 控制方式来输出音频数据,将存储的P C M 数据转化成一系列等幅不等宽的P WM 信号,其占空比由P C M 数据决定,且采样频率与P WM 的变换频率必须相等㊂设计中微控制器的P WM 输出采用互补输出的方式,通过两个定时/计数器来控制播放㊂因此,设计需要将一个定时/计数器设置为定时器模式,该定时器作为P WM 占空比变化的时钟信号,而另一定时/计数器设置为P WM 输出模式㊂这样,在每一个P WM 波变换的时间节点,将新的P WM 占空比数据写入就可以实现播放功能㊂图6 语音播放程序流程图本设计中原语音数据的采样率是16k H z,因此定时/计数器定时时间为0.0000625s (即1/16000),作为P WM 波变换的时间节点,在中断服务函数中更新P WM 占空比值㊂程序根据字段索引读取语音数据起始地址并确定数据长度,存储在W a v e P l a y L e n g t h 变量中,单次读取的数据量为512字节,当W a v e P l a y L e n g t h 小于等于512时不再读取F L A S H 存储器,完成该次播放,流程图如图6所示㊂4 系统试验与分析为了验证使用P WM 方式播放P C M 语音数据的可行性与实际效果,按流程将P C M 数据使用X M o d e m 文件传输协议通过串口方式发送至微控制器,以保证数据无损和正确地写入F L A S H 存储器中㊂然后运行播放程序,对上述流程进行验证,得到如图7所示的P WM 波形图并通过扬声器判别语音内容,可清晰听到需要播放的语音内容㊂可以看出,输出波形的频率为16k H z,上升时间与下降时间也控制得较为理想,音质得到了保证㊂实际上,常用语音的频率范围约为300~3000H z,音乐的频率范围在20H z ~20k H z 之间㊂而数字式音频播放器的性能主要与采样位数和采样频率有关㊂图7 按键音对应P WM 输出波形图本设计提出的语音录放方案使用16k H z 采样和16位的采样位数,可将日常中使用的语音源文件近似于无损方式输出,在输出采样频率不太高的音乐上也能有很好的效果㊂相比于利用微控制器I /O 定时翻转电平产生驱动信号实现音频播放的方案[18],使用P WM 输出的方案占用微控制器资源少,且驱动信号也更加精确,音频质量得到了提升㊂结 语本文提出了一种基于P WM 的语音播放设计,以S TM 32F 103R C T 6作为主控制器,采用H T 82V 742P WM音频驱动芯片驱动扬声器,实现播放指定音频的任务㊂微控制器直接读取P C M 数据,通过改变P WM 波输出占空比的方式实现语音播放,即任何微控制器只需拥有两个定时精度达到1/16000s 的定时器和P WM 脉冲输出能力,即可通过采用 存储芯片M C U P WM三级架构方式实现语音播放功能,使得语音播放更加便捷㊂同时,可以精确控制语音播放内容,与O T P 语音芯片相比,增强了灵活性,降低了开发成本㊂利用P WM 功率放大器件直接推动扬声器,简化了传统音频输出中的转换及放大电路,实现了一种高效和低成本的语音播放系统㊂该设计架构可广泛应用于各种语音内容相对确定或高音质语音播放场合或产品中,如家电产品㊁智能产品和仪器仪表等,且输出音频的音质可由选用的微控制器P WM 输出频率及定时器位数决定,调节灵活,具有一定的实际应用价值㊂参考文献[1]方永佳.基于M a t l a b 和S TM 32的音频播放设计[J ].工业控制计算机,2016,29(7):151.[2]张仲明,郭东伟,吕巍,等.音频录制与播放系统的设计[J ].实验室科学,2018,21(6):7477.[3]程媛媛,杨文荣.音频数模转换器芯片内部低功耗的设计[J ].计算机测量与控制,2007(11):15841586.[4]杨帅,薛岚,高安邦,等.基于S P C E 061A 智能小车机器人语音播放系统的研究[J ].装备制造技术,2009(7):3839.[5]林桓.A V S 2音频与M P 3的对比及其录制与播放的实现[D ].成都:西南交通大学,2017.[6]杨博,张亚平,丁瑞.多任务音频播放与实时频谱变换的实现[J ].实验技术与管理,2017,34(9):137141.[7]刘伍洋.基于T h r e a d X 系统的I ~2S 音频总线驱动设计方案[J ].单片机与嵌入式系统应用,2018(1).[8]李慧,胡永兵,姚梦茹.基于U C O S I I I 系统的音频信号分析设计与实现[J ].计算机技术与发展,2018,28(7):136139.[9]王南阳.智慧型音乐/语音电路原理及开发应用系列(三)可程式化智能型O T P 系列语音集成电路[J ].电子世界,2005(10):5053.[10]颜锐,谭周文.基于S TM 32的多功能M P 3设计[J 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STM32编程输出可调的硬件PWM，频率范围1Hz【原创】编程输出可调的硬件PWM，频率范围1Hz-1MHz，占空比0-100%uint32_t TIM4_PWM_FQ = 50; /* TIM4_CH1_PWM输出频率设置值，1-1000000 */uint32_t TIM4_PWM_FQ_Old = 0;uint16_t TIM4_PWM_Pulse = 50; /* TIM4_CH1_PWM输出占空比设置值，0-100 */uint16_t TIM4_PWM_Pulse_Old = 0;uint32_t SystemCoreClock = 168000000;/** 函数功能: 定时器4配置为硬件PWM模式(不开启TIM4的定时及DMA传输中断)* TIM4_PWM_FQ: TIM4_CH1_PWM 频率1Hz至1000000Hz* TIM4_PWM_Pulse: TIM4_CH1_PWM 占空比 0-100%*/void StdPeriph_TIM4_PWM_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;uint32_t temp32;uint32_t uhTimerfrequency;uint16_t uhTimerPeriod;uint16_t uhTimerPulse;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);#ifdef USE_PB6_PWM// TIM4_CH1_PWM: PB6RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);// GPIOB ConfigurationGPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM4);#else// TIM4_CH1_PWM: PD12RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);// GPIOD ConfigurationGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_TIM4);#endifuhTimerfrequency = 200000; /* 初始化 200KHz */temp32 = ((SystemCoreClock /2) / uhTimerfrequency);if(temp32 > 65535) temp32 = 65535;uhTimerPeriod = (uint16_t) temp32;uhTimerPulse = uhTimerPeriod * 50 / 100; /* 占空比50% */// Time base configurationTIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = uhTimerPeriod - 1; /* 0x0000 and 0xFFFF */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; /* 0x0000 and 0xFFFF */TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);// PWM1 Mode configuration: Channel1TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = uhTimerPulse;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);TIM_OC1PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE);TIM_GenerateEvent(TIM4, TIM_EventSource_Update);TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);}/** 函数功能: 刷新TIM4_CH1_PWM输出的频率和占空比* 修改TIM4_PWM_FQ的值，调节PWM频率(1Hz至1MHz)* 修改TIM4_PWM_Pulse的值，调节PWM的占空比(0-100)*/void StdPeriph_TIM4_PWM_Update(void){uint32_t temp32;uint32_t uhTimerfrequency;uint16_t uhTimerPeriod;uint16_t uhTimerPrescaler;uint16_t uhTimerPulse;if ((TIM4_PWM_FQ_Old != TIM4_PWM_FQ) || (TIM4_PWM_Pulse_Old != TIM4_PWM_Pulse)){TIM4_PWM_FQ_Old = TIM4_PWM_FQ;TIM4_PWM_Pulse_Old = TIM4_PWM_Pulse;if(TIM4_PWM_FQ >= 4000){uhTimerfrequency = TIM4_PWM_FQ; /* 定时器计时频率和PWM频率相等 */uhTimerPrescaler = 1; /* 实际频率TIM4_PWM_FQ较大时，TIM4设置分频为1(不分频) */}else{uhTimerfrequency = 4000; /* 实际频率TIM4_PWM_FQ较小时，和4000Hz的频率比较，看相差几倍 */uhTimerPrescaler = 4000 / TIM4_PWM_FQ; /* 实际频率和4000相差的倍数作为TIM4的分频设置值 */uhTimerfrequency = uhTimerPrescaler * TIM4_PWM_FQ; /* TIM4分频后，计时周期变长，需要将uhTimerfrequency倍频 */ }/* TIM4的周期要通过倍频uhTimerfrequency来计算,uhTimerPeriod = 84MHz / uhTimerfrequency */temp32 = ((SystemCoreClock /2) / uhTimerfrequency);if(temp32 > 65535) temp32 = 65535;uhTimerPeriod = (uint16_t) temp32;if(TIM4_PWM_Pulse > 100) TIM4_PWM_Pulse = 100;uhTimerPulse = uhTimerPeriod * TIM4_PWM_Pulse/ 100;TIM4->ARR = uhTimerPeriod - 1;TIM4->PSC = uhTimerPrescaler - 1;TIM4->CCR1 = uhTimerPulse;TIM4->EGR = TIM_PSCReloadMode_Update;}}。

stm32语音播报模块工作原理
STM32语音播报模块是一种集成了语音识别、语音合成、音频播放等功能的电子模块。

该模块采用STM32单片机作为核心处理器，通过外接语音识别芯片和音频芯片实现语音的输入和输出。

在工作过程中，STM32语音播报模块首先会接收用户的语音输入，通过语音识别芯片将语音转换为数字信号，并将其传输给STM32单片机。

接下来，STM32单片机通过算法处理和判断，确定用户输入的语音内容，然后根据预设程序进行相应的操作。

比如，用户说“播放音乐”，STM32单片机就会发送相应的指令给音频芯片，触发音频播放。

另外，STM32语音播报模块还配备了语音合成功能，可以将STM32单片机处理的信息转换为语音输出。

在输出语音时，STM32单片机将数字信号发送到音频芯片，音频芯片再将信号转换为模拟信号，从扬声器中发出语音。

总之，STM32语音播报模块是一种功能强大的电子模块，不仅可以实现语音输入和输出，还可以实现音频播放等多种功能。

在智能家居、智能机器人、智能安防等领域，都有广泛的应用前景。

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电子技术• Electronic Technology82 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】STM32 Wi-Fi 网络 TCP/IP 协议 短距通信为了实现工业生产过程全部数据的统一化管理，工业生产中经常需要人机配合完成诸如设备检修、原材料统计等功能。

现场操作人员在现场采集数据，例如设备检修时拍摄设备图片传输到计算机存储，或者原材料统计时拍摄原材料编码传输到计算机存档等，现场操作人员现场采集的数据是否满足要求，需要上位机操作人员将判断结果告知现场操作人员，通过对讲机在一般场合能够实现此功能，但是对讲机无法将通信过程的数据进行存储和归档。

因此需要一套能够满足实施通信，又能将数据归档的系统。

本次设计的无线语音交互系统可以很好地满足生产中短距通信的需要。

无线语音交互系统主要包含三部分：计算机服务器端、无线网络、四台终端。

一台计算机机作为服务器端通过Wi-Fi 网络以TCP/IP 协议可连接四台终端，服务器通过一系列不同的指令，指定的终端的指示灯和语音模块给出提示，终端按键可返回消息；服务器端可将发送和接收的信息存储到MySQL 数据库中，方便以后的检索和追溯。

1 硬件设计终端整体结构主要分为STM32主控芯片及最小系统、供电模块、ESP8266无线通信模块、WT588D 语音模块、按键指示灯等部分，如图1所示。

基于STM32的无线语音交互系统设计文/段宇1 戴舜华2 付鹏飞2 史程程31.1 ARM主控芯片主控芯片采用STM32F103系列单片机，内核是Cortex-M3。

最高达到72MHZ 的运行频率。

支持USART ，I2C ，SPI ，CAN 等众多接口模式，可满足不同条件下的通信需求。

同时该款单片机功耗低，作为无线终端拥有待机时间长的优势。

芯片采用3.3V 供电，采用多重电容滤波的方式使电压达到稳定，外部接有8MHZ 晶振及复位电路，整体构成了主控芯片的最小系统。

基于STM32CubeMX配置PWM输出和输⼊捕获PWM输出和输⼊捕获1、试验⽬标 1.输出2路PWM脉冲信号 2.捕获1路PWM脉冲信号 本次试验会使⽤到2个定时器，⼀个⾼级定时器⽤于脉冲捕获，⼀个普通定时器⽤于PWM脉冲输出。

2、准备材料 1. STM32F103C8 2. STM32CubeMX2、STM32CubeMX配置 2.1时钟树 系统时钟为72M，APB1 和APB2 的定时器时钟都为72MHZ。

2.2 PWM输出配置 PWM的输出配置⽐较简单，这⾥我们使⽤到了TIM2普通定时器控制输出，具体参数如下图。

在 Parameter Settings 页配置预分频系数为 72-1，计数周期(⾃动加载值)为 10000-1，定时器溢出频率，即PWM的周期，就是72MHz/(71+1)/(9999+1) = 100Hz 2.3 PWM输⼊捕获配置 PWM捕获，本次试验使⽤到了STM32F103C8的⾼级定时器TIM1。

配置如下图。

中断配置勾线这⾥，因为我们需要使⽤中断回调函数来计算频率占空⽐。

2.4 配置中断分组和中断使能2.5串⼝输出2.6⽣成⼯程 这⾥选择分离C.h⽂件，IDE 根据⾃⼰的环境选择，这⾥我使⽤的GUN编译⽅式的IDE所以选择了SW4SEM32。

以上CubeMX的PWM配置就完成了。

配置完毕后，⽣成⼯程打开。

下⾯我们来分析代码和如何使⽤。

3、代码实现 3.1 tim.c 该代码主要配置了Tim1 和Tim2 的相关配置，为什么要这么配置，在接下来的第4⼤点会详细说明。

这⾥主要了解HAL_TIM_IC_CaptureCallback 捕获中断回调函数这⾥函数主要处理计算占空⽐和频率。

/********************************************************************************* @file tim.c* @brief This file provides code for the configuration* of the TIM instances.******************************************************************************* @attention** <h2><center>© Copyright (c) 2021 STMicroelectronics.* All rights reserved.</center></h2>** This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,* the "License"; You may not use this file except in compliance with the* License. You may obtain a copy of the License at:* /licenses/BSD-3-Clause********************************************************************************//* Includes ------------------------------------------------------------------*/#include "tim.h"/* USER CODE BEGIN 0 *//// 计算占空⽐时使⽤__IO uint16_t IC2Value = 0;__IO uint16_t IC1Value = 0;__IO float DutyCycle = 0;__IO float Frequency = 0;/* USER CODE END 0 */TIM_HandleTypeDef htim1; // ⾼级定时器捕获PWMTIM_HandleTypeDef htim2; // 普通定时器输出PWM/* TIM1 init function */void MX_TIM1_Init(void){TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};TIM_SlaveConfigTypeDef sSlaveConfig = {0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0};htim1.Instance = TIM1;htim1.Init.Prescaler = 72-1;htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 计数⽅式上计数 */htim1.Init.Period = 65535; /* 计数器更新上限值 */htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; /* 采样时钟分频 */htim1.Init.RepetitionCounter = 0; /* 重装值=0 */htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; /* ⾃动装载值软件使能 */ if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK) /* 初始定时器 */{Error_Handler();}sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; /* 内部时钟源 */if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}if (HAL_TIM_IC_Init(&htim1) != HAL_OK){Error_Handler();}///选择从模式: 复位模式sSlaveConfig.SlaveMode = TIM_SLAVEMODE_RESET;sSlaveConfig.InputTrigger = TIM_TS_TI1FP1; /* 选择定时器输⼊触发: TI1FP1 */ sSlaveConfig.TriggerPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;sSlaveConfig.TriggerFilter = 0;if (HAL_TIM_SlaveConfigSynchro(&htim1, &sSlaveConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}///IC1捕获上升沿触发 TI1FP1sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING;sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;sConfigIC.ICFilter = 0;if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim1, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK){Error_Handler();}///IC2捕获下降沿捕获 TI1FP2sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING;sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_INDIRECTTI;if (HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim1, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK){Error_Handler();}}/* TIM2 init function */void MX_TIM2_Init(void){TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};htim2.Instance = TIM2;/** htim2.Init.Prescaler 分频计算* 定时器时钟源TIMxCLK = 2 * PCLK1* PCLK1 = HCLK / 2* => TIMxCLK = HCLK/2 = SystemCoreClock / 2 *2=72MHz (APB1)* 设定定时器频率为=TIMxCLK/(TIM_Prescaler+1)=10KHz* */htim2.Init.Prescaler = 72-1;htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 计数⽅式上升沿有效 */htim2.Init.Period = 10000-1; /* 累计 TIM_Period个后产⽣⼀个更新或者中断当定时器从0计数到10000，即为10000次，为⼀个定时周期*/ htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK){Error_Handler();}sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; /* 内部时钟源 */if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK){Error_Handler();}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}///PWM模式配置sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; /* 配置为PWM模式1*/sConfigOC.Pulse = 5000; /* 默认占空⽐为50%*/sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; /* 当定时器计数值⼩于CCR1_Val时为⾼电平*/sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) /* 配置PWM通道*/{Error_Handler();}if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK){Error_Handler();}HAL_TIM_MspPostInit(&htim2); /* 外置GPIO初始化 */}void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(tim_baseHandle->Instance==TIM1){/* USER CODE BEGIN TIM1_MspInit 0 *//* USER CODE END TIM1_MspInit 0 *//* TIM1 clock enable */__HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE(); /*定时器时钟使能*/__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /*GPIO时钟使能*//**TIM1 GPIO ConfigurationPA8 ------> TIM1_CH1*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8; /* 36脚的F103 不能改变引脚编号*/GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; /* 输⼊模式*/GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; /* ⽆上下拉*/HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* TIM1 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(TIM1_CC_IRQn, 0, 0); /* 配置中断分组*/HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM1_CC_IRQn); /* 使能中断*//* USER CODE BEGIN TIM1_MspInit 1 *//* USER CODE END TIM1_MspInit 1 */}else if(tim_baseHandle->Instance==TIM2){/* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 0 *//* USER CODE END TIM2_MspInit 0 *//* TIM2 clock enable */__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();/* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 1 *//* USER CODE END TIM2_MspInit 1 */}}void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(timHandle->Instance==TIM2){/* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 0 *//* USER CODE END TIM2_MspPostInit 0 */__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/**TIM2 GPIO ConfigurationPA0-WKUP ------> TIM2_CH1PA1 ------> TIM2_CH2*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1; /* 这⾥定义了2路PMW输出⽤PA0 和PA1*/ GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN TIM2_MspPostInit 1 *//* USER CODE END TIM2_MspPostInit 1 */}}void HAL_TIM_Base_MspDeInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle){if(tim_baseHandle->Instance==TIM1){/* USER CODE BEGIN TIM1_MspDeInit 0 *//* USER CODE END TIM1_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_TIM1_CLK_DISABLE();/**TIM1 GPIO ConfigurationPA8 ------> TIM1_CH1*/HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_8);/* TIM1 interrupt Deinit */HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM1_CC_IRQn);/* USER CODE BEGIN TIM1_MspDeInit 1 *//* USER CODE END TIM1_MspDeInit 1 */}else if(tim_baseHandle->Instance==TIM2){/* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 0 *//* USER CODE END TIM2_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_TIM2_CLK_DISABLE();/* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 1 *//* USER CODE END TIM2_MspDeInit 1 */}}/* USER CODE BEGIN 1 *//*** @brief Conversion complete callback in non blocking mode 捕获回调函数* @param htim : hadc handle* @retval None*/void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){if (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1){/* 获取输⼊捕获值 */IC1Value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim1,TIM_CHANNEL_1);IC2Value = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim1,TIM_CHANNEL_2);if (IC1Value != 0){/* 占空⽐计算 */DutyCycle = (float)((IC2Value+1) * 100) / (IC1Value+1);/* 频率计算 */Frequency = 72000000/72/(float)(IC1Value+1);}else{DutyCycle = 0;Frequency = 0;}}}/* USER CODE END 1 *//************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/3.2 main.c　⽤于计算的变量//计算占空⽐时的全局表变量extern __IO uint16_t IC2Value;extern __IO uint16_t IC1Value;extern __IO float DutyCycle;extern __IO float Frequency;　使能和输出PWM/// 使能捕获/⽐较2中断请求HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1,TIM_CHANNEL_2);/// 开始输出PWMHAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2); 打印调试输出while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */printSwo("IC1Value =",IC1Value,LINE_FEED_EN);printSwo("IC2Value =",IC2Value,LINE_FEED_EN);printSwo("占空⽐:",DutyCycle,LINE_FEED_EN);printSwo("频率:",Frequency,LINE_FEED_EN);HAL_Delay(500);}3.3 输出结果短接任意⼀路输出 PA0与PA8 PWM输出与捕获，或 PA1与PA8 PWM输出与捕获。

基于PWM的语音播报设计班级：专业：姓名：学号：东华理工大学利用PWM进行数字语音的播报设计摘要随着嵌入式领域的拓展，目前许多微控制器芯片一般都不具备数据一模拟的双向通道，但几乎都集成有PWM产生模块。

本文利用飞思卡尔公司HCSl2单片机的PWM模块，还原存储在存储器中的声音采样数据，在几乎不增加成本的情况下，实现嵌入式应用中的扩展语音功能。

关键词单片机PWM 语音低通滤波HCSl2系列单片机未包含数／模转换的模块。

要给其扩展语音功能，通常的做法是增加一块数／模转换芯片。

虽然这样做可以得到非常好的音质(取决于数／模转换芯片的性能)，但由于耍多使用一块数／模转换芯片，在对音质要求不太高的应用中，会给设计增加额外的成本，同时也使电路设计相对复杂。

本文介绍利用PWM还原声音的解决方案，可以很好地解决这个矛盾。

例如安全报警应用中，系统通常已经包含了一块微控制器(用来处理人机交互以及系统的控制等)，当发出警报时，可以是“BB”或“当当”的蜂鸣声；当然，更好的做法是发出清晰的语音。

用PWM产生声音的基本原理，是使用存储在Flash中的音频采样数据或通过某种算法产生的声音数据，来控制PWM每个波形的占空比；接下来通过一低通滤波器滤波，就可将声音从PW M的脉冲波里分离出来，驱动扬声器发出声音。

1 从WAV文件中提取声音采样数据一般来说，可以从WAV文件中提取声音数据，标准的WAV 格式的声音文件含有声音的采样数据和文件头。

文件头描述了后面声音数据的一些信息，如通道数、采样频率、采样位数以及数据的长度等。

通道数，是指声音的采样路数，如单声道、立体声等。

采样频率，是指每秒钟对声音的采样次数，采样频率越高，还原出来的声音越接近原始声音，如表l所列。

要精确还原出某种频率的波形，其最小采样率应为该波形的2倍。

采样位数，指的是每次采样的采样精度。

采样位数越高，还原出来的声音的量化噪声越小，波形也越接近原波形。

WAV文件的文件头定义：提取声音数据时，请注意采样频率、采样位数、存储容量与存储时间的关系，如表2所列。

KeilMDKSTM32系列（⼋）STM32F4基于HAL的PWM和定时器输出⾳频Keil MDK STM32系列⽅式1: 通过PWM和TIM输出⾳频机制⾳频使⽤⼀个预⽣成的的8bit⽆符号数组, 采样率为8KHz输出包含两部分, ⼀部分是TIM2产⽣连续的PWM, PWM分辨率设置为256, 正好对应8bit PCM采样输出的第⼆部分是TIM3产⽣的定时中断, 中断的频率正好是8KHz, 每次中断都修改⼀次PWM的占空⽐通过调节PWM频率可以调节输出⾳质, PWM频率越⾼⾳质越好(谐振频率越远离⾳频)通过调节PWM分辨率可以调节⾳量, PWM分辨率越⾼, ⾳量越低配置STM32CubeMX选择芯⽚STM32F401CCU6, 创建新项⽬系统时钟System Core -> SYS-> Debug: Serial WireSystem Core -> RCC-> High Speed Clock (HSE): Crystal/Ceramic Resonator 启⽤外接⾼速晶振Clock Configuration: (配置为最⾼84MHz)选择外部晶振, 连接HSE和PLLCLK, 在HCLK上输⼊84回车, 软件会⾃动调节各节点倍数PWM(使⽤TIM2)Timers -> TIM2Clock Source: Internel Clock, 使⽤系统的时钟源Channel1: PWM Generation CH1Counter Settings PWM频率 = 84MHz / (Perscaler + 1) / (Counter Period + 1)Perscaler: 0Counter Mode: UpCounter Period: 255Internal Clock Division(CKD): No Divisionauto-reload preload: EnableTrigger OutputMaster/Slave Mode (MSM bit): DisableTrigger Event Selection: Reset (UG bit from TIMx_EGR)PWM Generation Channel 1Mode: PWM mode 1Pulse: 0Output compare perload: EnableFast Mode: DisableCH Polarity: High8KHz定时中断(使⽤TM3)Timers -> TIM3勾选 Internal ClockCounter SettingsPrescaler: 0Counter Mode: UpCounter Period: 10499 # 10500 = 84MHz / 8KHzInternal Clock Division (CKD): No divisionauto-reload preload: DisableTrigger Output (TRGO) ParametersMaster/Slave Mode (MSM bit): DisableTrigger Envent Selection: ResetNVIC SettingsTIM3 global interrupt: Enable代码修改通过STM32CubeMX⽣成代码后, 需要对main.c添加代码/* USER CODE BEGIN PV */uint8_t pwm_buf[] = {125, 125, ..., 126, 125}; // 这⾥是⼀个长数组, 可以⾃⼰通过⼯具⽣成uint8_t *start = pwm_buf, *end = pwm_buf, *lb = pwm_buf, *rb = (pwm_buf + 27451); // 27451是数组长度/* USER CODE END PV */main函数int main(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();MX_TIM3_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);/* USER CODE END 2 */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}}添加定时器中断处理函数/* USER CODE BEGIN 4 */void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){if(htim->Instance==TIM3){__HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, *start++);if (start == rb) {start = lb;}}}/* USER CODE END 4 */输出效果演⽰⽅式2: 通过PWM+DMA通过配置成DMA的⽅式, 可以省掉⼀个定时器, 并且不需要主进程介⼊⽽直接将数组赋值给PWM.这⾥有个需要注意的地⽅, STM32F401的各个TIMx计数器位宽不同, TIM2,TIM5是32bit, 其它的都是16bit, ⽽STM32F103的TIMx全是16bit位宽的. 之前在这个问题上困惑了很长时间, 后来费了不少⼯夫测试, 加上对⽐其它项⽬代码的配置才找到原因.在设置DMA时, DMA_HandleTypeDef.Init.PeriphDataAlignment要与TIMx的计数器位宽⼀致, 如果没设置成⼀致会导致PWM输出错误.⽽MemDataAlignment要与数组的数据类型⼀致, 实际上也要设置成对应的位宽.根据ST的⼿册如果勾选了FIFO, 可以设置为其它位宽, 系统会⾃动补位, 但是实际测试并不能, ⽆论如何调整FIFOThreshold, MemBurst, ⾳频的前半部分都是错误的, 只能播放后半部分. 原因待查.配置STM32CubeMX选择芯⽚STM32F401CCU6, 创建新项⽬系统时钟System Core -> SYS-> Debug: Serial WireSystem Core -> RCC-> High Speed Clock (HSE): Crystal/Ceramic Resonator 启⽤外接⾼速晶振Clock Configuration: (配置为最⾼84MHz)选择外部晶振, 连接HSE和PLLCLK, 在HCLK上输⼊84回车, 软件会⾃动调节各节点倍数PWM(使⽤TIM3)Timers -> TIM3Internel Clock: 勾选, 使⽤系统的时钟源Channel1: PWM Generation CH1Counter Settings PWM频率 = 84MHz / (Perscaler + 1) / (Counter Period + 1)Perscaler: 40Counter Mode: UpCounter Period: 255Internal Clock Division(CKD): No Divisionauto-reload preload: EnableTrigger OutputMaster/Slave Mode (MSM bit): DisableTrigger Event Selection: Reset (UG bit from TIMx_EGR)PWM Generation Channel 1Mode: PWM mode 1Pulse: 0Output compare perload: EnableFast Mode: DisableCH Polarity: HighDMA Settings: AddDMA Request: TIM3_CH1/TrigStream: DMA1 Stream4Direction: Memory To PeripheralPriority: HighMode: CircularIncrement Address: Peripheral[不勾选], Memory[勾选]Use Fifo: 不勾选Data Width: Peripheral[Half Word], Memory[Half Word]代码修改只需要在main.c中添加变量和启动⽅法/* USER CODE BEGIN PV */uint16_t pwm_buffer[] = {125, 125, 128, ...};/* USER CODE END PV *///...MX_TIM3_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim3, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t *)pwm_buffer, 27452);/* USER CODE END 2 */在PA6上就能观察到PWM, 接上喇叭能听到输出. 这种⽅式因为基频8KHz就在⼈⽿的听觉范围内, 会有持续的明显的⾼频声, 通过增加RC低通滤波能改善但是⽆法消除, 最好的⽅式还是将基频提升到20KHz以上, 这样基本上就不会被⼈⽿感知了.参考详细说明了STM32的DMA⼯作⽅式DMA+PWM的位宽讨论另⼀个位宽相关的讨论。

基于stm32的蜂鸣器毕业设计报告基于STM32的蜂鸣器毕业设计报告一、引言蜂鸣器是一种能够产生固定音调的电子元件，广泛应用于报警、提醒等场合。

基于STM32的蜂鸣器毕业设计旨在设计一款可控制音调和音量的蜂鸣器系统。

二、设计方案本设计采用STM32单片机作为控制核心，通过外接电路驱动蜂鸣器工作，并利用STM32的PWM功能实现对蜂鸣器音调和音量的控制。

1. 系统硬件设计系统硬件主要包括STM32单片机、蜂鸣器、电源电路以及控制电路。

其中蜂鸣器通过一个可调电阻连接到STM32的PWM输出引脚，用于产生不同音调的声音。

电源电路为系统提供稳定的电源，控制电路用于通过STM32的IO口控制蜂鸣器的开关。

2. 系统软件设计系统软件主要包括STM32的驱动程序和控制程序。

驱动程序负责配置STM32的外设和引脚功能，并初始化PWM模块。

控制程序通过读取外部设备（如按键、旋钮等）的状态来控制蜂鸣器的音调和音量，并与驱动程序进行交互。

三、实现过程1. 硬件连接按照系统硬件设计进行连接，将蜂鸣器与STM32单片机相连接，确保电源电路和控制电路正常工作。

2. 软件编程（1）使用ST官方提供的STM32CubeMX软件进行初始化设置，包括配置IO口功能、启用PWM输出等。

（2）根据设计需求，编写驱动程序进行PWM模块的初始化，并实现控制蜂鸣器音调和音量的函数。

（3）编写主控制程序，通过读取外部设备（如按键、旋钮等）的状态来实现对蜂鸣器的控制。

四、实验结果与分析通过实验可以得出如下结论：（1）通过外接电路驱动蜂鸣器，可以产生不同音调的声音。

（2）通过控制程序，可以实现对蜂鸣器音调和音量的控制。

五、总结与展望本设计基于STM32的蜂鸣器系统设计成功，可以实现对蜂鸣器音调和音量的控制。

未来可以进一步完善系统功能，如增加无线控制模块，引入蓝牙或Wi-Fi技术，实现对蜂鸣器的远程控制。

这将进一步提升蜂鸣器的灵活性和便利性。

综上所述，基于STM32的蜂鸣器毕业设计拥有较高的实用性和市场潜力。

第4期2019年2月No.4February，2019台灯是人们学习时常用的工具之一。

很多人长时间伏案学习，由于坐姿不正确、灯光使用不当及作息时间不规律等，极易造成视觉疲劳，以致影响视力[1]。

目前市面上常用的台灯大多是手动调光，功能较简单，少有护眼功能。

如果设计一款台灯，能根据环境光强自动调节台灯亮度，通过检测附身距离语音提醒学习者纠正坐姿，并提供学习时间播报、时钟日历及温湿度显示等功能，将能为学习者养成良好的学习与用眼习惯提供支持。

本文设计的基于STM32的智能学习型台灯即具有上述功能。

1 系统设计方案智能学习型台灯的系统组成如图1所示。

图1 智能学习型台灯系统组成框图STM32微处理器是整个系统的核心。

光强传感器采集环境光线强度经I2C传输给STM32微处理器，通过PWM输出到恒流源自动调节LED灯的亮度，升压电路为恒流源及LED灯珠提供所需的直流电源。

利用超声波距离传感器检测学习者的附身距离，通过STM32微处理器控制语音芯片来驱动喇叭发声。

按键用来预设学习时间及调整时钟日历，学习时间、时钟日历和环境温湿度数据在LCD屏上显示。

2 硬件设计2.1 主控芯片基于Cortex-M3内核的STM32f103vet6芯片具有运算速度快、精度高、功耗低、极高的性价比等特点[2]，可满足系统的功能要求，适合作本设计的主控芯片。

2.2 光强检测与灯光控制电路采用BH1750FVI光强传感器和PWM数字调光技术，电路如图2所示。

图2 光强检测与灯光控制电路BH1750FVI具有广泛的输入光范围（1-65535LUX），接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性[3]，通过I2C与主控芯片连接。

主控芯片根据BH1750FVI采集的光强数据控制PWM的输出频率，经恒流源PT4115调节LED亮度。

PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，最大可输出1.2 A的恒定电流[4]，通过DIM引脚进行LED开关可实现很宽范围的PWM调光。

基于STM32的PWM音乐播放器应用设计摘要：PWM（脉冲宽度调制）音乐播放器是一种利用STM32系列微控制器的PWM输出来生成音频信号实现音乐播放的应用。

本文将介绍一个基于STM32的PWM音乐播放器的应用设计，包括硬件设计和软件设计。

1.引言PWM音乐播放器是一种简单且成本低廉的方式来实现音乐播放。

由于STM32系列微控制器具有PWM输出功能，并且具备足够的计算能力，因此非常适合用来设计PWM音乐播放器。

本文将介绍如何设计一个基于STM32的PWM音乐播放器的应用。

2.硬件设计硬件设计包括STM32微控制器的选择和PWM输出电路的设计。

2.1STM32微控制器的选择选择合适的STM32微控制器是设计PWM音乐播放器的关键。

首先要考虑到音频数据的存储和处理能力，可以选择具有足够存储空间和计算能力的STM32微控制器。

另外，PWM输出的质量也非常重要，因此要选择具有高分辨率PWM输出的STM32微控制器。

推荐选择STM32F4系列微控制器，例如STM32F4072.2PWM输出电路的设计PWM输出电路的设计是为了保证音频信号的质量和输出功率。

可以使用一个低通滤波器来过滤PWM输出信号，以消除高频成分，然后将滤波后的信号放大，以增加输出功率。

在PWM输出电路中，还可以添加一些保护电路，以预防意外的电压过冲或过电流等情况。

3.软件设计软件设计包括音频数据的处理和PWM输出的控制。

3.1音频数据的处理音频数据可以从存储器或外部设备中读取，然后进行解码和处理。

可以使用一些常见的音频格式，如MP3或WAV，来存储音频数据。

可以使用适当的库或算法来解码音频数据，并将其转换为适合PWM输出的格式。

在将音频数据转换为PWM输出格式之前，可以应用一些音效或滤波器，以改变音频的音效或调整音频的频率等。

3.2PWM输出的控制PWM输出可以通过设置定时器和占空比来控制。

可以根据音频数据的采样率和音频输出的所需频率来设置定时器的频率。

基于STM32的PWM音乐播放器应用设计_马志强一、引言随着科技的不断进步和人们对音乐的追求，音乐播放器已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。

本文将介绍一种基于STM32单片机的PWM 音乐播放器应用设计方案。

二、设计方案1.系统结构本系统主要由三个模块组成：音乐数据存储模块、音乐数据解码模块和PWM输出控制模块。

2.音乐数据存储模块音乐数据存储模块主要负责存储音乐文件，可以选择外部存储介质，如SD卡、U盘等。

STM32单片机通过相应的驱动和接口与外部存储介质进行通信。

3.音乐数据解码模块音乐数据解码模块主要负责将存储在外部存储介质上的音乐数据进行解码，转换为数字信号，用于PWM输出控制模块的控制。

可以选择合适的音乐解码芯片，如VS1053等。

4.PWM输出控制模块PWM输出控制模块主要负责控制音乐数据解码后的数字信号输出。

STM32单片机通过相应的PWM输出模块和控制寄存器进行设置和控制。

5.系统功能设计该音乐播放器应用设计方案具备以下功能：-支持常见的音乐文件格式，如MP3、WAV等。

-支持音乐的播放、暂停、停止、上一曲、下一曲等操作。

-支持音量调节功能，并具备音量记忆功能。

-支持音乐列表显示和选择功能。

-支持定时开关机功能，并具备关机记忆功能。

6.软件设计-操作界面：设计简洁、直观的音乐播放器操作界面，可通过按键、旋钮等控制音乐的播放、暂停、切换等操作。

-音乐解码：通过音乐解码芯片将音乐文件解码为数字信号，并通过I2S或SPI等接口传输给STM32单片机进行PWM输出控制。

-控制逻辑：通过编程实现音乐列表的显示和选择功能，控制音乐的播放、暂停、停止、切换等操作。

通过定时器实现定时开关机功能。

-存储管理：通过相应的文件系统和存储管理算法管理音乐文件的存储和读取。

7.硬件设计-选用STM32系列的合适型号单片机，具备足够的存储空间和计算能力。

-选用合适的音乐解码芯片，具备支持常见音乐文件格式的解码能力。

基于STM32的PWM输出实验设计廉佐政;王海珍【摘要】为了提高学生对STM32系列处理器知识的理解和应用能力,设计了PWM输出的可调照明实验.硬件系统的设计采用STM32F103VC的ARM芯片,软件设计采用keil MDK 4.53,结合STM32标准库V3.5编写程序.通过程序调试、运行,给出了实验仿真结果.通过实验操作,学生不仅掌握了PWM的原理及综合应用,也进一步提高了对嵌入式系统课程知识的学习兴趣,得到了良好的教学效果.%In order to improve the students'understanding and application ability of STM32 series processors, a kind of the adjustable illumination experiment based on PWM output is devised.The hardware system is designed with the ARM chip of STM32F103VC,and the software with keil MDK4.53,combining the STM32 standard library V3.5 program.Through the program debugging and running,the experimental simulation results are presented.By the experimental operation,the students not only master PWM principle and its comprehensive application,but also stimulate their interest in learning the Embedded System course,and the good teaching effect is achieved.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2017(034)008【总页数】4页(P137-140)【关键词】STM32系列处理器;PWM输出;STM32标准库;嵌入式【作者】廉佐政;王海珍【作者单位】齐齐哈尔大学现代教育技术中心,黑龙江齐齐哈尔 161006;齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006【正文语种】中文【中图分类】TN761;TP391.9嵌入式技术已经被广泛应用到移动通信、PDA、高清电视、智能家电、汽车、医疗仪器、航天航空、互联网等领域[1-3],嵌入式系统课程在网络工程专业教学中占有举足轻重的地位。

stm32音频播放课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解STM32的硬件结构和编程环境；2. 掌握STM32的音频播放原理及相关库函数的使用；3. 学会使用STM32进行音频文件的解码和播放；4. 了解音频信号处理的基本概念。

技能目标：1. 能够运用C语言对STM32进行编程，实现音频文件的播放；2. 学会使用相关调试工具，对程序进行调试和优化；3. 能够分析和解决在音频播放过程中可能出现的问题；4. 培养学生的动手实践能力和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术和编程的兴趣，激发创新意识；2. 培养学生严谨、细心的学习态度，养成良好的编程习惯；3. 引导学生关注社会科技发展，认识到技术对社会进步的重要性；4. 培养学生的集体荣誉感，增强团队合作意识。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论教学和实际操作，培养学生的编程能力和实践能力。

学生特点：学生已具备一定的C语言基础和电子技术知识，对STM32有一定了解，但缺乏实际操作经验。

教学要求：注重理论与实践相结合，以学生为主体，教师引导，激发学生的学习兴趣和动手实践欲望。

通过课程学习，使学生在掌握音频播放技术的基础上，提高综合运用知识的能力。

二、教学内容1. 理论知识：- STM32硬件架构概述；- 音频播放原理及常用音频格式介绍；- STM32音频解码库函数的使用方法；- 音频信号处理基本概念。

2. 实践操作：- 搭建STM32开发环境；- 编写程序实现音频解码和播放；- 调试与优化音频播放程序；- 设计并实现简单的音频播放器界面。

3. 教学大纲：- 第一周：STM32硬件架构概述，熟悉开发环境；- 第二周：音频播放原理，学习音频解码库函数；- 第三周：编写音频解码和播放程序，实践操作；- 第四周：调试与优化程序，设计音频播放器界面；- 第五周：课程总结，展示学生作品，交流心得。

教学内容安排与进度紧密围绕课程目标，结合教材章节内容，确保学生能够循序渐进地掌握知识。

基于STM32单片机的智能家居语音控制系统的设计摘要：智能家居是一个当今热门的领域，本文设计了一个基于STM32单片机的智能家居语音控制系统。

该系统主要包括语音识别模块、控制单元以及家居设备。

该系统通过语音识别模块实现用户的语音指令识别，并通过控制单元进行相应的输出控制。

实验结果表明，该系统能够准确地识别用户的语音指令，并可有效地控制家居设备的输出。

关键词：智能家居；语音控制；单片机1. 引言智能家居是一种通过智能技术的互联网络实现的家居设备智能化的系统，其主要功能是通过传感器信息、智能控制等技术获取相关家居信息，从而实现自动化、远程监控和智能化控制。

在智能家居的系统中，智能语音控制技术的应用日益广泛。

本文基于STM32单片机设计了一种智能家居语音控制系统，旨在实现家庭设备的智能化控制及智能化辅助功能。

2. 系统设计2.1 系统框架本系统主要由以下三部分构成：语音识别模块、控制单元以及家居设备。

其中，语音识别模块通过声音传感器将用户的指令转化为数字信号，控制单元接收并解析数字信号以实现相应的指令控制，相应地从家居设备中实现输出控制。

2.2 硬件设计本系统采用了STM32单片机作为控制器，通过声音传感器将语音指令转化为数字信号并进行处理。

由于家庭设备具有不同的输入信号，因此在本系统中，我们采用了多路输出控制的方式，以满足不同的家庭设备控制需求。

2.3 软件设计软件设计主要包括两部分：语音识别模块和控制单元。

语音识别模块主要通过语音识别算法将输入的语音指令转换为数字信号，并通过控制单元进行解析，以实现相应的输出控制。

3. 实验结果为验证本系统的有效性和可行性，我们将其应用于家庭环境中。

实验结果表明，本系统可以准确地识别用户的语音指令，并实现相应的家庭设备控制。

此外，本系统还支持远程控制和智能化辅助功能，可实现更智能化的家居设备控制。

4. 结论本文设计了一种基于STM32单片机的智能家居语音控制系统，该系统可以实现家居设备的智能化控制以及智能化辅助功能。

基于ＳＴＭ３２的ＰＷＭ音乐播放器应用设计马志强，王建刚，孙少林，胡明（总参谋部通信训练基地，宣化０７５１００）摘要：基于３２位的ＳＴＭ３２Ｆ１０３，利用ＰＷＭ产生的音频信号驱动蜂鸣器演奏乐曲，实现了音乐播放器的应用设计。

该播放器能实现从低音到高音的２１个音阶，并能根据乐谱演奏完整的曲目。

测试结果表明，ＰＷＭ的输出信号与各音阶对应的声音频率基本一致，方案切实可行。

这一方法也可用于电机控制、电子琴设计等方面，具有较好的实用性。

关键词：ＳＴＭ３２；ＰＷＭ；蜂鸣器；定时器；音乐中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：ＡＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＰＷＭＭｕｓｉｃＰｌａｙｅｒＢａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２ＭａＺｈｉｑｉａｎｇ，ＷａｎｇＪｉａｎｇａｎｇ，ＳｕｎＳｈａｏｌｉｎ，ＨｕＭｉｎｇ（ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｒａｉｎｉｎｇＢａｓｅｏｆＰＬＡＧｅｎｅｒａｌＳｔａｆｆＨｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ，Ｘｕａｎｈｕａ０７５１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎ３２－ｂｉｔＳＴＭ３２Ｆ１０３，ｕｓｉｎｇａｕｄｉｏｓｉｇｎａｌｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＰＷＭｔｏｄｒｉｖｅａｂｕｚｚｅｒｔｏｐｌａｙｍｕｓｉｃ，ａｍｕｓｉｃｐｌａｙｅｒｉｓｄｅ－ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｐｌａｙｅｒｃａｎｒｅａｌｉｚｅ２１ｓｃａｌｅｓｆｒｏｍｂａｓｓｔｏｔｒｅｂｌｅａｎｄｐｌａｙｃｏｍｐｌｅｔｅｓｏｎｇｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｍｕｓｉｃｓｃｏｒｅｓ．ＴｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｓｏｆＰＷＭａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｖｏｉｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｃａｌｅｓ，ａｎｄｔｈｅｓｃｈｅｍｅｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎａｌｓｏｂｅｕｓｅｄｉｎｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｋｅｙｂｏａｒｄｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｏｏｎ，ｓｈｏｗｉｎｇｇｏｏｄｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＴＭ３２；ＰＷＭ；ｂｕｚｚｅｒ；ｔｉｍｅｒ；ｍｕｓｉｃ在科研项目开发中，有时会遇到需要播放电话铃声、音乐等情况。

基于STM32的智能家居语音控制系统设计作者：彭森盛安妮来源：《环球市场》2019年第26期摘要：STM32语音识别控制系统运用的是ASR语音识别软件，对家居照明进行控制，甚至亮度也能够调节。

此外，系统在运行中还可以控制音响。

使用智能手机就可以远程控制各种家具设备，实现无感化设计。

本论文着重研究基于STM32的智能家居语音控制系统设计方面的问题。

关键词：STM32;智能家居;语音控制系统;设计从当前的智能家居系统设计情况来看，其中所包括的内容为智能家电控制、智能照明控制、智能安全防护控制等等，各种家用电器都可以采用智能控制的方式，这是当前的社会发展趋势，人们生活的舒适度也有所提高。

人们使用智能手机就可以体验智能化的家居生活，机器对自己的意图做出判断，对环境产生感应性，通过智能技术的控制，联动解决。

一、智能家居语音控制系统的设计基于STM32的智能家居语音控制系统在设计的过程中，所构建的模块为Zigbee模块，结合使用TM32语音芯片和STC15F2K60S2芯片。

整个的系统控制都是采用无线组网技术来完成的[1]。

STC单片机集成，数据信息传输的过程中所发挥的是Zigbee组网技术的作用，在主要的控制平台上嵌入语音芯片，就可以应用语音控制的方式对各种家用电器进行调控。

二、智能家居语音控制系统的硬件设计（一）MCU的选择智能家居语音控制系统设计中选择MCU的时候，以STC15F2K60S2单片机作为主要控制单元。

这个单片机的优点在于不仅控制的速度快，而且具有较高的安全可靠性，资源丰富、功耗低，而且还具有温度范围宽的特点。

STC15F2K60S2具有大容量片内RAM数据存储器，可以达到2048个字节，还有通用I/O引脚26个，ADC是10位高速的，共8通道。

这些都可以满足语音控制智能家居系统的设计要求，另外其不仅操作简单，而且成本也非常低。

（二）智能語音控制系统的设计方案本设计是运用STM32语音识别模块处理语音信号，并对信号进行识别，数据信息的传输采用Zigbee模块数据，还要结合使用单片机主控芯片，这样就可以控制智能开关系统，同时还可以控制智能功率放大器系统，智能家居照明系统得到远程控制。

基于STM32定时器产生PWM的研究作者姓名:222 专业班级:222 指导老师：222摘要随着科技水平的提高， ARM的应用越来越广泛。

With the develop of technology, ARM is used in various situations.旨在对ARM的深入学习，论文对STM32定时器产生PWM（脉冲宽度调制)输出进行了研究。

On the intention of study on ARM， timer of STM32 produce pulses PWM （width modulation) is studied in this paper。

PWM就是某个频率占空比的方波，其应用领域包括测量,通信,功率控制与变换，电动机控制、伺服控制、甚至某些音频放大器，因此研究PWM技术具有十分重要的现实意义。

PWM is the square wave which has a sure duty—cycle and frequency. Its application fields include measurement,communication，power control and transform，motor control，servo control， even some audio amplifier.Therefore it is important to research PWM technology.本设计采用STM32定时器产生PWM。

It is easy to use the timer of STM32 to produce PWM output.STM32的PWM由定时器产生,PWM的周期即定时器定时的时间,通过计算方波的频率，占空比,配置定时器和IO口，最后用示波器显示相应通道占空比的方波即可。

PWM is produced by thetimer of STM32. The cycle of PWM is the timer's regular time。