Chương trình phát âm thanh bằng PWM

• Odtwarzanie dźwięku przez mikrokontroler

   

  Cele

  Celem projektu jest opracowanie procedury odtwarzania dźwięku z pamięci mikrokotrolera PIC18F25K80 firmy Microchip. Dźwięki pochodzące z plików WAV  zostaną podłączane do kodu programu jako pliki nagłówkowe w języku C. Odtworzenie dźwięków będzie realizowane przez PWM. Należy opracować program konwertujący pliki WAV na pliki nagłówkowe w języku C.
  

  Konwerter plików WAV 

  Program został oparty na kodzie opublikowanym w sierpniu 2007 roku przez João Figueiredo. Oryginalny kod pobierał próbki z plików dźwiękowych w formacie PCM i zapisywał je w zmiennej tablicowej generując kod w języku C++.
  Program został zmodyfikowany by automatycznie z dowolnego pliku Wav generował kod w języku C++ zawierający zmienną tablicową z próbkami dźwięku.
  W pierwszej kolejności następuje konwersja piku Wav do rozdzielczości 8 bitów na próbkę i częstotliwości próbkowania 8 kHz. Ma to na celu zmniejszenie wielkości danych tak by jedna sekunda zajmowała 7,81 kB i mogła zostać umieszczona w pamięci mikrokontrolera. Działanie to wykonywane jest poprzez automatyczne wykonanie programu SOX z parametrami:
  sox inputfile.wav -r 8000 -b8 temp.wav
  W ten sposób przygotowany plik jest następnie automatycznie konwertowany na format PCM poprzez wywołanie programu mplayer:
  mplayer temp.wav -ao pcm:nowaveheader:file=temp.pcm
  Plik PCM może zostać "przepisany" do postaci tablicy zawierającej poszczególne próbki. Fragment programu za to odpowiedzialny:
  fprintf(headerFile, "const char ");
  printSafeName(argv[1], headerFile);
  fprintf(headerFile, "[%u]={", (unsigned int) statData.st_size);
  c = fgetc(pcmFile);
  fprintf(headerFile, "0x%02X", c);
  while( (c=fgetc(pcmFile)) != EOF )
  {
     fprintf(headerFile, ",%s 0x%02X", ((++colBreak % 16) == 0?"\n":""), c);
  }
  fprintf(headerFile, "};\n\n");
  Program jest dostępny w formie gotowego do zainstalowania pakietu DEB w systemie operacyjnym Linux Debian lub Ubuntu. Zarówno źródło programu jak i pakiet DEB jest dostępny w rozdziale "Pliki".
  Program instaluje się poprzez wydanie polecenia z uprawnieniami administratora
  dpkg -i --force-depends wav2h.deb
  
  Zostanie on zainstalowany w systemie wraz z programami zależnymi (SOX i Mplayer).
  
  Wywołanie programu:
  wav2h file.wav file.h
  Wygenerowany przez program plik ma postać:
  #ifndef REDALERT_H
  #define REDALERT_H
  const char redalert[6]={0x80, 0x80, 0x7F, 0x80, 0x80, 0x7F, 0x80};
  #endif
  Zmienna tablicowa redalert zawiera poszczególne próbki dźwięku. W powyższym przykładzie jest to tylko sześć próbek - nagranie o długości około sekundy zawiera kilka tysięcy próbek.
  

  Kod programu mikrokontrolera

  Przykład ustawienia fusebitów mikrokontrolera PIC18F25K80 i definicji ustawień:
  #include 
  #fuses INTRC_IO, NOPROTECT, PUT, BROWNOUT, NOWDT
  #use delay(clock=8000000)
  #define T2_FREQ (8000) // from 8000Hz to 11025Hz
  #define K_TMR2 (8000000/4)/(T2_FREQ) 
  Następnie podłączony jest wygenerowany plik z próbkami dźwięku:
  #include "redalert.h"
  Kod funkcji wysyłającej próbki dźwięku ze zmiennej tablicowej na port PWM mikrokontrolera:
  void play() 
  { 
  int16 i; 
  for(i=0; i<7794; i++) 
     { 
       set_pwm2_duty(redalert[i]);
       delay_us(45);
     } 
  } 
  
  Kod głównej funkcji programu:
  void main(void)
  {
   setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, K_TMR2, 1);
   setup_ccp2(CCP_PWM);
   set_pwm2_duty(0L);
   while(1)
   {
     play();
     set_pwm2_duty(0L);
     delay_ms(1000);
   }
  }
  
  

  Układ elektroniczny 

  W celach testowych bezpośrednio do układu może zostać podłączony głośnik, jednak jakość dźwięku może nie być wystarczająca. Należy układ rozbudować o wzmacniacz oraz filtry.
   
  Rys. Schemat połączeń
  

  Pliki

  WAV2H - Program generujący z dowolnego pliku WAV kod w języku C++ zawierający zmienną tablicową z próbkami dźwięku.
  
  • Kod źródłowy programu
  • Pakiet intalacyjny deb
  Program mikrokontrolera
  
  • Kod źródłowy programu