基于PWM的音乐回放设计

基于PWM的音乐回放设计原理首先将音乐数据通过软件工具，按照一定的采样率进行提取，然后将声音幅度信号转换成频率固定，占空比随着音乐幅度变化的PWM输出。输出模块采用硬件滤波后，经过喇叭对声音进行还原。下面介绍一下，具体的步骤。实现步骤1、选取音乐文件要求音乐文件最好是声音效果比较清晰的文件。2、将音乐文件转换为包含声音幅度信息的txt文档此处用到GoldWave软件。（1）启动GoldWave软件，打开选择的音乐文件。如下图所示，一般支持mp3和wav格式的音乐。（2）由于图中给出的声音是双通道的，而实际还原为单通道的声音，于是需要将立体声转换为单通道。可以选择文件-另存为，弹出如下弹窗。保存类型，依然设置为原声音文件格式，音质采用PCM8位量化，momo(单声道)式样。由于PWM输出的精度为8位的，所以这里设置为8位（可以设置为更高精度）。然后点击保存。（3）再次打开上面保存的文件，由于该波形存在负半周。因此需要整体的波形上移，以去掉负的波形。但是此处平移可能引起声音的最大值失真。上移波形的步骤为：点击效果-偏移，弹出上图所示弹框。在预置中选择向上移位。位移效果如下图：从上图可以看出声音波形有很大的失真，可以在移动前将声音的幅值进行缩放。选择效果-音量-更改音量弹出如下框图:可以再预置中设置一半。将原声音幅度减小为1半，设置后如下图：此时可以看到声音的最大幅值，已经降到原来的一半。再次将声音进行向上平移，得到如下效果：从上图可以看出，声音的幅度变化，比没有进行幅度缩放前，变化明显的多。（4）提取声音幅度值点击文件-另存为,弹出如下弹框：一次输入保存文件名，保存类型选择为NumericalText(*.txt)格式。音乐质量选择为ASCII16bitinteger,momo（5）如果保存的txt文件过大，可以重新设置采样率。设置过程为：编辑-效果-重新采样在上图的右边框中设置采样速率。（6）由于单片机中，采用中断控制PWM输出每个声音的幅度，中断频率不能太高，否则影响系统的运行，我们把中断时间设置为125us.即播放频率为8KHZ。则采样频率设置为8KHZ即可。当采样频率提高后，此处的中断时间要降低，可以适当作出调整。3、通过代码读取txt文件可以直接将先前处理好的声音文件以TXT文件形式放在代码中，注意需要将第一行屏蔽，且在每个数字后面加上逗号。如下截图：（1）由于此处的数据与PWM的占空比没有对应关系，还需要进行归一化处理。将上面所有的数据转换为占空比在0-100之间的数据。若适当提高PWM占空比的分辨率，即可以提高声音的音质。（2）代码中采用如下形式，以数组形式访问TXT文件数据。#defineMUSIC_DATA_NUM20425staticconstU8g_nMusicDataDuty[MUSIC_DATA_NUM]={#includemusic_7.txt};这样只要通过下标就可以访问g_nMusicDataDuty标示的声音数据。4、PWM输出，进行声音还原通过定时调用HalPWMStart(U8channel,U16freq,U8duty)函数，既可实现声音的还原。此处freq必须大于采样频率，当采样频率为8K时，经过试验，此处freq设置为40K，声音效果比较好。优点：用该方法可以很方便的实现任意音乐的回放。缺点：1、txt文档数据量加大，声音效果越好，数据量越大。2、PWM输出控制频率较大，系统占用较高。3、需要另外添加滤波电路，负责砸音比较大。应用：该方案应该用在A60EV仪表项目的开机启动的音乐上。