基于STM32F103芯片的音频数据的Flash读取与DAC播放

1 Flash 概述

1.1 单片机内存映射

1. STM32的flash地址起始于0x0800 0000，结束地址是0x0800
   0000加上芯片实际的Flash大小，不同的芯片Flash大小不同。
   Flash中的内容一般用来存储代码和一些定义为 const 的数据，断电不丢失。 STM32将外设等都映射为地址的形式，对地址的操作就是对外设的操作。
2. stm32的外设地址从0x4000 0000开始，可以看到在库文件中，是通过基于0x4000 0000地址的偏移量来操作寄存器以及外设的。
3. 一般情况下，程序文件是从 0x0800 0000 地址写入，这个是STM32开始执行的地方，0x0800 0004是STM32的中断向量表的起始地址。

1.2 Flash 构成

STM32F103的中容量内部 FLASH 包含主存储器、系统存储器、 OTP 区域以及选项字节区域。他们的作用如下：

• 主存储器：一般我们说 STM32 内部 FLASH 的时候，都是指这个主存储器区域它是存储用户应用程序的空间，芯片型号说明中的 1M
  FLASH、 2M FLASH 都是指这个区域的大小。与其它 FLASH 一样，在写入数据前，要先按扇区擦除，
• 系统存储区：系统存储区是用户不能访问的区域，它在芯片出厂时已经固化了启动代码，它负责实现串口、 USB 以及 CAN 等 ISP
  烧录功能。
• OTP 区域：OTP(One Time Program)，指的是只能写入一次的存储区域，容量为 512 字节，写入后数据就无法再更改，
  OTP 常用于存储应用程序的加密密钥。
• 选项字节：选项字节用于配置 FLASH 的读写保护、电源管理中的 BOR 级别、软件/硬件看门狗等功能，这部分共 32 字节。可以通过子修改FLASH 的选项控制寄存器修改。

stm32根据FLASH主存储块容量、页面的不同，系统存储器的不同，分为小容量、中容量、大容量、互联型，共四类产品。

小容量产品：主存储块1-32KB， 每页1KB。系统存储器2KB
中容量产品：主存储块64-128KB， 每页1KB。系统存储器2KB
大容量产品：主存储块256KB以上， 每页2KB。系统存储器2KB
互联型产品：主存储块256KB以上， 每页2KB。系统存储器18KB

Flash 各部分的地址分布及大小如下（例如中容量产品）：

1.3 Flash 写入流程

解锁——页擦除——写入数据

1. 解锁：
   往 FPEC 键寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY1 = 0x45670123；
   再往 FPEC 键寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB
2. 页擦除：
   检查 FLASH_SR 寄存器中的“忙碌寄存器位 BSY”，以确认当前未执行任何 Flash 操作；
   在 FLASH_CR寄存器中，将“激活页擦除寄存器位 PER ”置 1；
   用 FLASH_AR 寄存器选择要擦除的页；
   将 FLASH_CR寄存器中的“开始擦除寄存器位 STRT ”置 1，开始擦除；
   等待 BSY 位被清零时，表示擦除完成。
3. 写入数据：
   检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，以确认当前未执行任何其它的内部 Flash 操作；
   将 FLASH_CR寄存器中的 “激活编程寄存器位 PG” 置 1；
   向指定的 FLASH 存储器地址执行数据写入操作，每次只能以 16 位的方式写入；
   等待 BSY 位被清零时，表示写入完成。

2 读取Flash内存的实例

要求：
1）在SD卡创建一个test-speed.txt文件，循环（不加延时）分批一次写入256字节，累计写入不少于64KB字节；然后读取此文件数据，通过串口显示出来。分析写入和读取的速率。
2）Flash地址空间的数据读取。stm32f103c8t6只有20KB 内存（RAM）供程序代码和数组变量存放，因此，针对内部Flash的总计64KB存储空间(地址从0x08000000开始），运行一次写入8KB数据，总计复位运行代码4次，将32KB数据写入Flash。并验证写入数据的正确性和读写速率。

2.1 STM32CubeMX 配置

链接：https://pan.baidu.com/s/11Tn8TocHT8qithneDyKFIQ
提取码：pmvn

1. 时钟配置
   
2. SYS 配置
   
3. GPIO_OUT 及配置
   
   
4. 中断配置
   

2.2 keil 配置

1. 将INC文件夹中的flash.h 添加到工程文件中。
   
   

2. 在main.c文件中添加头文件 #include "flash.h"

3. 在main.c文件中添加如下语句语句：

   /* USER CODE BEGIN 0 */
   uint8_t FlashWBuff [255];
   uint8_t FlashRBuff [255];
   /* USER CODE END 0 */
   

   

     /* USER CODE BEGIN 1 */
   	uint8_t i;
   	uint8_t FlashTest[] = "Hello ,welcom to my world!";
     /* USER CODE END 1 */
   

   

    /* USER CODE BEGIN SysInit */
   	FlashWriteBuff( DEVICE_INFO_ADDRESS, FlashTest,sizeof(FlashTest) );        // 写入数据到Flash
   	
   	for(i=0;i<255;i++)
   		FlashWBuff[i] = i;
   	
     FlashWriteBuff( DEVICE_INFO_ADDRESS + sizeof(FlashTest), FlashWBuff,255 );  // 写入数据到Flash
   	FlashReadBuff(  DEVICE_INFO_ADDRESS + sizeof(FlashTest),FlashRBuff,255  );  // 从Flash中读取数
     /* USER CODE END SysInit */
   

   

4. 编译构建：没有错误
   

2.3 调试

2.3.1 硬件调试

电路连线：

连接好后，如果之前没有安装好ST-Link驱动，要先安装。
安装连接：https://pan.baidu.com/s/1cmreV0

安装好驱动后，查看设备管理器：检测到驱动，没有问题。

进入 keil 配置，点击 Option ：

在Setting 中设置：

点击 Flash Download，勾选图中对应选项。

2.3.2 软件调试

点击下载：

Debug——视图——内存窗口——内存1

输入0x800C000，回车。

视图——观测窗口——观测1，进行变量的观测。

在main.c文件中，找到变量FlashWBuff 和FlashRBuff，右击，单击 ‘Add FlashWBuff’ to watch1 。找到如下界面：

勾选菜单栏 视图——定期窗口更新，点击全速运行：

观察两个flash，内容相同：

3 DAC 概述

1. DA转换器是把数字量转变成模拟量的器件，按模拟量输出类型通常分为：电流和电压输出类型。常见的DAC是电压输出型，在STM32中集成的DAC转换模块为电压输出型数模转换器。

2. STM32的DAC模块主要特点有：

   2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道。
   8位或12位单调输出。
   12位模式下数据左对齐或右对齐。
   同步更新功能。
   噪声波形形成。
   三角波形形成。
   双DAC通道同时或者分别转换。
   

   
   

4 DAC 播放实例

基于片内Flash的提示音播放程序。
1）实验数据准备：用Adobe audition或goldwave等音频编辑软件录制“您好欢迎光临！”的几秒钟的声音（8khz采样、8bit量化编码的单声道wav格式），确保音频数据尽量小（最大不超64KB）。然后编程将其分批次写入stm32f103c8t6芯片内部flash区域。
2）数字音频还原播放任务：编程读取此段音频，分别通过 （a）stm32f103c8t6自带的DAC通道，转换为模拟音频进行播放，并用示波器观察波形，用耳机/喇叭收听，评判音乐还原效果；
提示：建议先用单音音频（比如2000Hz的正弦波）的wav数据进行实验，通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后，再用语音和音乐信号进行实验。

4.1 实验准备与测试

4.1.1 用Audition输出一个周期2kHz的正弦波

工程链接：https://pan.baidu.com/s/1gEATonRXK7km3yf-Mu0eEQ
提取码：1234

1. 打开Adobe Audition CS6，单击：文件——新建——音频文件
   

2. 效果——生成基本音色
   

3. 文件——导出——文件
   

4. 打开WavToC软件。生成代码后记得保存。

5. 打开 keil 工程（上面的连接），打开bsp_dac.c文件，将波形数据 修改为上述保存的 .h 文件中的内容，如图：
   
   修改后：
   

6. 编译无措，即可烧录观察。
   

4.2 数字音频还原

4.2.1 用DAC将数字音频歌曲转换为模拟音频波形输出

1. 用上述类似的方法，将 .MP3 文件转换成.wav 文件，并将.wav文件生成代码。
   

5 总结

• keil在进行软件仿真的时候，不能输出flash对应的内容。因此，到实验室用ST-Link 进行调试。同时，了解了ST-Link 的使用。
• 音频播放因为缺少示波器，再加上本身没有足够的时间去做，就没有查看波形。
• 引脚PA4、5可以仿真调试。
• Flash 对于单片机的应用格外重要，只有掌握了它的读写方式，才能更好地运用它。

6 参考

1. STM32学习笔记：读写内部Flash
2. STM32 进阶教程 13 –FLASH的读写操作
3. 读写内部Flash
4. STM32F103的DAC——输出声音效果
5. STM32F103DAC实验

版权声明：本文为CSDN博主「通信小咸鱼」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_46470208/article/details/122223117

基于STM32F103芯片的音频数据的Flash读取与DAC播放

1 Flash 概述

1.1 单片机内存映射

1. STM32的flash地址起始于0x0800 0000，结束地址是0x0800
   0000加上芯片实际的Flash大小，不同的芯片Flash大小不同。
   Flash中的内容一般用来存储代码和一些定义为 const 的数据，断电不丢失。 STM32将外设等都映射为地址的形式，对地址的操作就是对外设的操作。
2. stm32的外设地址从0x4000 0000开始，可以看到在库文件中，是通过基于0x4000 0000地址的偏移量来操作寄存器以及外设的。
3. 一般情况下，程序文件是从 0x0800 0000 地址写入，这个是STM32开始执行的地方，0x0800 0004是STM32的中断向量表的起始地址。

1.2 Flash 构成

STM32F103的中容量内部 FLASH 包含主存储器、系统存储器、 OTP 区域以及选项字节区域。他们的作用如下：

• 主存储器：一般我们说 STM32 内部 FLASH 的时候，都是指这个主存储器区域它是存储用户应用程序的空间，芯片型号说明中的 1M
  FLASH、 2M FLASH 都是指这个区域的大小。与其它 FLASH 一样，在写入数据前，要先按扇区擦除，
• 系统存储区：系统存储区是用户不能访问的区域，它在芯片出厂时已经固化了启动代码，它负责实现串口、 USB 以及 CAN 等 ISP
  烧录功能。
• OTP 区域：OTP(One Time Program)，指的是只能写入一次的存储区域，容量为 512 字节，写入后数据就无法再更改，
  OTP 常用于存储应用程序的加密密钥。
• 选项字节：选项字节用于配置 FLASH 的读写保护、电源管理中的 BOR 级别、软件/硬件看门狗等功能，这部分共 32 字节。可以通过子修改FLASH 的选项控制寄存器修改。

stm32根据FLASH主存储块容量、页面的不同，系统存储器的不同，分为小容量、中容量、大容量、互联型，共四类产品。

小容量产品：主存储块1-32KB， 每页1KB。系统存储器2KB
中容量产品：主存储块64-128KB， 每页1KB。系统存储器2KB
大容量产品：主存储块256KB以上， 每页2KB。系统存储器2KB
互联型产品：主存储块256KB以上， 每页2KB。系统存储器18KB

Flash 各部分的地址分布及大小如下（例如中容量产品）：

1.3 Flash 写入流程

解锁——页擦除——写入数据

1. 解锁：
   往 FPEC 键寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY1 = 0x45670123；
   再往 FPEC 键寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB
2. 页擦除：
   检查 FLASH_SR 寄存器中的“忙碌寄存器位 BSY”，以确认当前未执行任何 Flash 操作；
   在 FLASH_CR寄存器中，将“激活页擦除寄存器位 PER ”置 1；
   用 FLASH_AR 寄存器选择要擦除的页；
   将 FLASH_CR寄存器中的“开始擦除寄存器位 STRT ”置 1，开始擦除；
   等待 BSY 位被清零时，表示擦除完成。
3. 写入数据：
   检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，以确认当前未执行任何其它的内部 Flash 操作；
   将 FLASH_CR寄存器中的 “激活编程寄存器位 PG” 置 1；
   向指定的 FLASH 存储器地址执行数据写入操作，每次只能以 16 位的方式写入；
   等待 BSY 位被清零时，表示写入完成。

2 读取Flash内存的实例

要求：
1）在SD卡创建一个test-speed.txt文件，循环（不加延时）分批一次写入256字节，累计写入不少于64KB字节；然后读取此文件数据，通过串口显示出来。分析写入和读取的速率。
2）Flash地址空间的数据读取。stm32f103c8t6只有20KB 内存（RAM）供程序代码和数组变量存放，因此，针对内部Flash的总计64KB存储空间(地址从0x08000000开始），运行一次写入8KB数据，总计复位运行代码4次，将32KB数据写入Flash。并验证写入数据的正确性和读写速率。

2.1 STM32CubeMX 配置

链接：https://pan.baidu.com/s/11Tn8TocHT8qithneDyKFIQ
提取码：pmvn

1. 时钟配置
   
2. SYS 配置
   
3. GPIO_OUT 及配置
   
   
4. 中断配置
   

2.2 keil 配置

1. 将INC文件夹中的flash.h 添加到工程文件中。
   
   

2. 在main.c文件中添加头文件 #include "flash.h"

3. 在main.c文件中添加如下语句语句：

   /* USER CODE BEGIN 0 */
   uint8_t FlashWBuff [255];
   uint8_t FlashRBuff [255];
   /* USER CODE END 0 */
   

   

     /* USER CODE BEGIN 1 */
   	uint8_t i;
   	uint8_t FlashTest[] = "Hello ,welcom to my world!";
     /* USER CODE END 1 */
   

   

    /* USER CODE BEGIN SysInit */
   	FlashWriteBuff( DEVICE_INFO_ADDRESS, FlashTest,sizeof(FlashTest) );        // 写入数据到Flash
   	
   	for(i=0;i<255;i++)
   		FlashWBuff[i] = i;
   	
     FlashWriteBuff( DEVICE_INFO_ADDRESS + sizeof(FlashTest), FlashWBuff,255 );  // 写入数据到Flash
   	FlashReadBuff(  DEVICE_INFO_ADDRESS + sizeof(FlashTest),FlashRBuff,255  );  // 从Flash中读取数
     /* USER CODE END SysInit */
   

   

4. 编译构建：没有错误
   

2.3 调试

2.3.1 硬件调试

电路连线：

连接好后，如果之前没有安装好ST-Link驱动，要先安装。
安装连接：https://pan.baidu.com/s/1cmreV0

安装好驱动后，查看设备管理器：检测到驱动，没有问题。

进入 keil 配置，点击 Option ：

在Setting 中设置：

点击 Flash Download，勾选图中对应选项。

2.3.2 软件调试

点击下载：

Debug——视图——内存窗口——内存1

输入0x800C000，回车。

视图——观测窗口——观测1，进行变量的观测。

在main.c文件中，找到变量FlashWBuff 和FlashRBuff，右击，单击 ‘Add FlashWBuff’ to watch1 。找到如下界面：

勾选菜单栏 视图——定期窗口更新，点击全速运行：

观察两个flash，内容相同：

3 DAC 概述

1. DA转换器是把数字量转变成模拟量的器件，按模拟量输出类型通常分为：电流和电压输出类型。常见的DAC是电压输出型，在STM32中集成的DAC转换模块为电压输出型数模转换器。

2. STM32的DAC模块主要特点有：

   2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道。
   8位或12位单调输出。
   12位模式下数据左对齐或右对齐。
   同步更新功能。
   噪声波形形成。
   三角波形形成。
   双DAC通道同时或者分别转换。
   

   
   

4 DAC 播放实例

基于片内Flash的提示音播放程序。
1）实验数据准备：用Adobe audition或goldwave等音频编辑软件录制“您好欢迎光临！”的几秒钟的声音（8khz采样、8bit量化编码的单声道wav格式），确保音频数据尽量小（最大不超64KB）。然后编程将其分批次写入stm32f103c8t6芯片内部flash区域。
2）数字音频还原播放任务：编程读取此段音频，分别通过 （a）stm32f103c8t6自带的DAC通道，转换为模拟音频进行播放，并用示波器观察波形，用耳机/喇叭收听，评判音乐还原效果；
提示：建议先用单音音频（比如2000Hz的正弦波）的wav数据进行实验，通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后，再用语音和音乐信号进行实验。

4.1 实验准备与测试

4.1.1 用Audition输出一个周期2kHz的正弦波

工程链接：https://pan.baidu.com/s/1gEATonRXK7km3yf-Mu0eEQ
提取码：1234

1. 打开Adobe Audition CS6，单击：文件——新建——音频文件
   

2. 效果——生成基本音色
   

3. 文件——导出——文件
   

4. 打开WavToC软件。生成代码后记得保存。

5. 打开 keil 工程（上面的连接），打开bsp_dac.c文件，将波形数据 修改为上述保存的 .h 文件中的内容，如图：
   
   修改后：
   

6. 编译无措，即可烧录观察。
   

4.2 数字音频还原

4.2.1 用DAC将数字音频歌曲转换为模拟音频波形输出

1. 用上述类似的方法，将 .MP3 文件转换成.wav 文件，并将.wav文件生成代码。
   

5 总结

• keil在进行软件仿真的时候，不能输出flash对应的内容。因此，到实验室用ST-Link 进行调试。同时，了解了ST-Link 的使用。
• 音频播放因为缺少示波器，再加上本身没有足够的时间去做，就没有查看波形。
• 引脚PA4、5可以仿真调试。
• Flash 对于单片机的应用格外重要，只有掌握了它的读写方式，才能更好地运用它。

6 参考

1. STM32学习笔记：读写内部Flash
2. STM32 进阶教程 13 –FLASH的读写操作
3. 读写内部Flash
4. STM32F103的DAC——输出声音效果
5. STM32F103DAC实验

版权声明：本文为CSDN博主「通信小咸鱼」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
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