STM32心得：VS1053实验之RAM测试及正弦测试

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STMCU小助手发布时间：2022-11-18 22:00

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文章简介:	STM32心得：VS1053实验之RAM测试及正弦测试

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：

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：

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：

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：

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）

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）

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。

/*******************************************************************************
7 Y5 l8 S6 u1 f: Z; _; c: s: I/ `
函数名称：u8 VS_SPI_ReadWriteByte(u8 data); ?4 R; O# |# n5 Z/ L% y
函数功能：读写数据，移植用 ) c+ {3 k: J; k: t5 X
入口参数：u8 data：要写入的数据; Q) x% a4 `: U1 S
返回参数：u8 读到的数据5 Z5 P+ ?9 z3 a a, w; [
解读作者：Aaron% j( K# J# }* E# D8 {
********************************************************************************/1 H& q' z I" T, i) P
u8 VS_SPI_ReadWriteByte(u8 data)6 A: Z+ s! V6 O) B, [
{ 2 v2 b6 J2 Q' ]/ V* y
return SPI1_ReadWriteByte(data);
' c, ]& ~* P+ h, X) T5 J: W4 N! H2 k
}
5 O( U" {- ]4 n# s
/* VS1053初始化时,需要低速 */
+ g9 P7 x; G2 H+ N/ ~
void VS_SPI_SpeedLow(void)% D K' m8 q+ c* e3 E+ `
{ ' ?2 q. M' y; G& w, C1 y5 `
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_32); /* 设置低速模式，72/32≈2.25MHz */ % @6 O9 B5 Y+ o# H6 f) L
}
& N+ W) ]. S( I
/* VS1053正常工作时,可以高速 */0 i6 f4 A5 G, s0 ?
void VS_SPI_SpeedHigh(void)
+ c4 q4 P4 x; O& J9 @
{
( |. z, R* y* ]" F2 X7 L- x
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); /* 设置高速模式，72/8＝9MHz */
/ v# @- j: i6 D5 R, b" ?
}

复制代码

这么设置的原因如下表（VS1053芯片手册）：

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）

/**********************************************************************8 f$ z/ R$ ~2 [, I ?$ X
函数名称：VS_Init()
6 S' H( S% j+ S) Z
函数功能：初始化VS10XX的IO口 # C2 w n' }. t4 ]( {
入口参数：无
! T6 P' `, n, D9 ^
返回参数：无
5 g* D! K1 |8 P' K
解读作者：Aaron
5 Q* Y, h4 y0 [, i+ A; `" C/ L
***********************************************************************/
6 V4 {! L, X: z9 s: T7 }* l
void VS_Init(void)
! b( v- \" f5 F4 C/ |
{4 q H" m# ^/ H6 k f. [
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;( h; g _: z9 O2 \9 c
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOF, ENABLE); /* 使能PC,PE,PF端口时钟 */9 k7 z# Q1 t( |" k9 z
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; P: F( m! R7 T9 @4 Q9 B* x
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; /* 上拉输入 */
7 W l6 |' I; K) h$ |+ j, M B
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
$ L. N- R& e7 g: S
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); /* 初始化PC13,对应VS_DREQ（数据请求信号） */* A0 x2 M+ [/ I7 i' C
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
9 m6 t1 j6 D+ e/ i% H9 E
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /* 推挽输出 */
- d8 b. m' G- r/ \' e& K. G
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); /* 初始化PE6,对应复位信号线 */ ! d. {7 ?" x( d* J6 }! [
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
* X4 _! A6 X& x$ Q% y) ^
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /* 推挽输出 */4 C) W( U! A+ M
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） */3 Z3 R8 z4 A" K1 p5 G- h
SPI1_Init(); /* 初始化SPI */
" ?- R* q- W- u/ D( b
}
( b4 z1 b6 n" ^0 W6 _& E
3 E% m5 R4 N+ A w# C6 G
/**********************************************************************
5 ` @3 h0 _) u) k& o
函数名称：VS_Sine_Test()
- u, u! N+ S8 S- r+ s7 X
函数功能：正弦测试 ! y' M+ ~5 q" B% L! {
入口参数：无
& @ ?2 Y- e$ z& D" L7 A, G
返回参数：无
`- K9 S2 p% [- N Q- Y
解读作者：Aaron
+ j: m- n5 Q" @( U1 {& |$ B# A
***********************************************************************/! V; i7 D, O4 u/ Q- W
void VS_Sine_Test(void); @9 |* ~9 j1 j
{ " B9 s2 B* {! @: X& C! U
VS_HD_Reset(); /* 硬件复位 */( Q. A' d6 p/ {5 j% f' p8 T. n, f! J# U
VS_WR_Cmd(0x0b,0X5050); /* 设置音量，值越小声音越大 */
$ O2 i" n$ Q8 D; n9 l! C. Y
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 */
+ d# I8 F/ {$ _
while(VS_DQ==0); /* 等待DREQ为高 */
. h1 Q" s# y# D6 ]2 L! ^/ P8 W9 o
printf("mode sin:%x\n",VS_RD_Reg(SPI_MODE));( Z& K* j x" ~6 z, i5 F+ U
/* 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 */# e, s @3 P& `" O3 |5 b4 Z1 {# K
VS_SPI_SpeedLow(); /* 低速模式 */
2 ] y0 r* H7 g# Z# N/ Z
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
1 R0 G1 [: [- f2 V0 Z
VS_SPI_ReadWriteByte(0x53);* n; B, p/ `2 {4 l3 U: g
VS_SPI_ReadWriteByte(0xef);+ j z7 b% v+ }+ A3 @2 B
VS_SPI_ReadWriteByte(0x6e);
8 I f( O6 p4 m3 j7 C
VS_SPI_ReadWriteByte(0x28);4 A6 l6 Y- c1 y* X3 G' ~
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
+ o3 a4 `: d" ?% a
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
6 H! \: f1 d% C
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);9 O; [4 A8 \+ r. U3 A
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
; u9 [' A( k6 x3 O) S1 x
delay_ms(200); /* 测试经验告诉我，延迟时间不能超过1s */' X: T! J) F0 z+ B
VS_XDCS=1; ) e& e5 a% C; g5 H/ b
/* 退出正弦测试 */( i6 W% s! x. X' G/ f
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
* C5 z c& C& l# E2 m4 h6 P! I7 ~
VS_SPI_ReadWriteByte(0x45);
7 b% @0 [) _, \# t! l7 b
VS_SPI_ReadWriteByte(0x78);
6 L/ X3 H9 n: \1 K
VS_SPI_ReadWriteByte(0x69);( W! J( P5 D/ R1 r& C- m
VS_SPI_ReadWriteByte(0x74);" p6 M/ m* o5 H+ C2 ]
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);" C2 o' D# w$ K( h+ Y# C! _# S) K4 _
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
3 i% _+ J5 O/ V2 b# o0 i/ ^
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);% `& Z/ d/ S: P
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
/ B4 j3 X; D6 c3 m* u
delay_ms(100);4 v. H( e8 T. @8 o* |4 D
VS_XDCS=1; 0 A' A: z. s; S2 c# E
/* 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 */; x2 V! L& P* C& W, c, ^0 z
VS_HD_Reset(); /* 硬件复位 */5 B+ G$ s5 f6 q4 X3 q
VS_WR_Cmd(0x0b,0X5050); /* 设置音量，值越小声音越大 */ . _# u; R. J! Y+ O# x. d
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 */ 5 u* l" _: U1 K3 b9 c3 g$ c8 `
while(VS_DQ==0); /* 等待DREQ为高 */5 m, ?. i. o. G! ?6 Z& Y, b0 D5 Y( L
VS_SPI_SpeedLow(); /* 低速模式 */
# u0 V& u% c8 E/ K& B
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
* Q, o* g- p( R& F& m: e
VS_SPI_ReadWriteByte(0x53);
9 h& z1 M- a' b8 T9 N
VS_SPI_ReadWriteByte(0xef);4 E* h6 t$ M; q) g) S! ?: R6 M
VS_SPI_ReadWriteByte(0x6e);* `6 a5 V6 g" i, r( d
VS_SPI_ReadWriteByte(0x22);9 D1 ~) [& C$ k' `0 L/ |' _
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
8 E3 w# t( @6 B1 a
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);" L0 L* p5 `8 f0 m7 P1 v
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
- S/ v9 M1 A: @- n
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
7 ], L4 ]4 y: H, s9 y8 E0 Z/ D
delay_ms(400);
0 b* X3 v( ~! A; q4 X
VS_XDCS=1;
0 @9 B0 r$ V. L$ }3 n- {
/* 退出正弦测试 */
8 f/ ]/ \% r/ P
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
) `; ~. ?) Z7 Z h$ j
VS_SPI_ReadWriteByte(0x45);1 ?0 \+ ^+ W2 h7 T
VS_SPI_ReadWriteByte(0x78);* @2 A8 n& Z L2 I1 \. B
VS_SPI_ReadWriteByte(0x69);
) V+ \ X0 k% [/ M2 F; m
VS_SPI_ReadWriteByte(0x74);
, }" w" a7 Q$ p: Q$ r1 V9 c! K9 i' e
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
7 x: [' n! o7 c" x* X
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);2 M; X4 x6 o) E2 ^+ y
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);6 x7 d% S8 L; a/ [3 ^: h. d
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);' }* q- h) t# x
delay_ms(100);
% q! ]5 [, e+ H
VS_XDCS=1;
5 R u/ r& K, x$ ]' E* Q
}
% R2 I4 ?1 G) {) J/ t/ E
' _# |" D* b& J* I. ]) L5 o
/**********************************************************************3 E, t0 I8 A, P) B
函数名称：u16 VS_Ram_Test()& t4 A6 q. r. x+ @: n
函数功能：RAM测试 9 e% L$ p/ i3 h# l. z; C! n
入口参数：无( y) q- ^$ p J5 _' ^
返回参数：u16 RAM测试结果，VS1003若得到0x807F，则表明完好，VS1053则为0X83FF2 ?% K* u2 p5 _" ^ x$ R
解读作者：Aaron% K( S' M' p% D. m
***********************************************************************/0 K7 R# ]$ S1 o; b8 \ e
u16 VS_Ram_Test(void)2 l5 ?. H! Y$ X7 ]
{
& n, [1 |5 F" p1 ^' c8 Q. c+ L# t h
VS_HD_Reset(); /* 硬件复位 */
( [7 C' y! z; ~7 h
VS_WR_Cmd(SPI_MODE,0x0820); /* 进入VS10XX的测试模式 */
. B9 A4 J9 h" h7 N- E
while (VS_DQ==0); /* 等待DREQ为高 */ / r3 i$ G0 B0 s$ J1 P n7 I( u
VS_SPI_SpeedLow(); /* 低速 */
: `& n3 o! N, a$ x! K$ U
VS_XDCS=0; /* xDCS = 1，选择VS10XX的数据接口 */3 u- S4 [6 F) T' Q3 G! t
VS_SPI_ReadWriteByte(0x4d);
, u1 _# I, G- i% ?
VS_SPI_ReadWriteByte(0xea);8 ~9 j, V+ X- e! y. c* Y
VS_SPI_ReadWriteByte(0x6d);
3 N Z% M& }# {5 @. \
VS_SPI_ReadWriteByte(0x54);% ] J6 n$ L0 v2 U- P g
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
8 n( \# H' K2 C, j# ]$ Q
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);$ d7 |( P2 d& ~
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
9 Q1 X; k% x3 B4 {. N: l6 L
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);. ^# ?$ J0 g; Y8 H
delay_ms(150);
. n+ P' G! H& z, B; J8 ~
VS_XDCS=1;* j4 `9 f, x1 {! l% Z5 C/ ?' i6 v
return VS_RD_Reg(SPI_HDAT0); /* VS1003如果得到的值为0x807F，则表明完好;VS1053为0X83FF */ - n& p O) x& [, V+ T* |
}

复制代码

5.2 main.c主函数代码解读

/************************************************
6 i9 W& F- e) P+ z7 |; R/ n3 E
函数名称：int main()" o# X9 _/ v1 q( X$ R
函数功能：主函数
4 e0 F" P1 j1 S, W
入口参数：无8 r9 f1 P4 O% Y
返回参数：int5 K0 ]2 i: b' S. D- J9 X4 ^
解读作者：Aaron
' G+ [- |9 i4 D# ~3 T
*************************************************/
- ]5 b$ p* }+ Z
int main(void)
; l$ T8 k* O) N4 b# ~2 R% P
{ 6 }% O2 R D& }+ R0 G
delay_init(); ( |5 P# F& W, q: C
NVIC_Configuration();
, i. V# t" Q( B, c
LED_Init(); 4 o4 l4 D! u6 n: Y/ k- T
KEY_Init(); + \: L7 O0 ]4 b2 m1 d
My_USART1_Init(); ; Q/ N; W- T- ^7 f0 E5 Y
VS_Init(); /* 包含对SPI1初始化 */
8 H6 D& U$ ^: y$ f/ u. ]. b( y9 t9 F
printf("存储器测试:%d\r\n",VS_Ram_Test());- S7 z3 T5 h1 b" u! o
while(1)8 u0 f& m. Y) X- G5 T
{
; e' O2 \( y$ j% E: j
DS0=0; ) x1 D4 g8 }: S+ _3 x. r
printf("开始播放单频信号\r\n"); ( h% F- _, g. U6 H9 s% J. ]
VS_Sine_Test(); ; R. ]" r, X9 |1 i- q9 _% y
delay_ms(1000);
/ s' q& Q6 }8 n. y9 M
DS0=1;2 s+ {, C5 f: {% Z1 U
delay_ms(1000); ! j+ [/ O* i! |) J4 M! _/ E
}
: \ S, G# f! C. p0 ?
}2 e" w F# k+ p# A$ ?' ]' o( z