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。

/*******************************************************************************
, r% X$ }. N2 q- Q
函数名称：u8 VS_SPI_ReadWriteByte(u8 data)
, W1 j- h& F& m G1 W6 p
函数功能：读写数据，移植用 , |) s1 Q Y" A: E i4 I
入口参数：u8 data：要写入的数据% @6 D: c& m7 E& r
返回参数：u8 读到的数据
- m4 Q. g* X3 S4 s
解读作者：Aaron
# O# A) z& w; H$ h
********************************************************************************/2 [% i6 c' n& i! J# B
u8 VS_SPI_ReadWriteByte(u8 data)
0 `$ z3 S( w& r' b% X: e s
{ * Z' T: P8 t% _
return SPI1_ReadWriteByte(data); " b. V; l4 V1 q% C
}3 F, W1 t( k+ w( R) I: K
/* VS1053初始化时,需要低速 */+ V* ?$ G$ }: m) |2 K N# w6 I
void VS_SPI_SpeedLow(void)9 J4 H; R; S' U. y8 V( ^
{
) d7 h3 i# r' W& g
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_32); /* 设置低速模式，72/32≈2.25MHz */ * Z( R3 n2 H9 C5 O
}
$ t% B& F3 K7 h5 l2 ^
/* VS1053正常工作时,可以高速 */1 r5 w( ~9 |5 u9 }- V; I& W
void VS_SPI_SpeedHigh(void), T0 v3 h% Q* h' ~
{
! U5 F! [9 J+ e0 l9 f
SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_8); /* 设置高速模式，72/8＝9MHz */ 9 ]" E) m7 R" p! ]
}

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 x/ d) W$ X& i6 m
函数名称：VS_Init()
q P8 _3 [: R5 p! M0 h
函数功能：初始化VS10XX的IO口
$ B$ y0 X! _; l( ~3 C. y: Z9 Z
入口参数：无8 B$ n* j1 N6 g* l/ r M; z
返回参数：无: }. b, l3 C/ l; e7 i% T+ e
解读作者：Aaron/ S/ m1 l) A U$ p4 d J
***********************************************************************/
/ E1 f7 t+ Y" S) Z
void VS_Init(void)
4 j# c4 _$ c8 R( ?* q. J
{
! |* E& D4 F6 x* ` n
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;* ?$ z( s+ f8 T U
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOF, ENABLE); /* 使能PC,PE,PF端口时钟 */
, r0 |" K" T! ^: f' p0 }% x
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; 9 F! J U* W: d+ c) j
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; /* 上拉输入 */9 w# ]/ }1 Y! L7 [' y7 M) O N
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;8 Q1 ]1 p& E% [' }- a( Y3 \
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); /* 初始化PC13,对应VS_DREQ（数据请求信号） */
' c# Z7 i' H, x
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
2 ^8 P a& K! O+ c. [, x' E4 `
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /* 推挽输出 */4 T2 l! C3 [! G- h
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); /* 初始化PE6,对应复位信号线 */
: _1 y9 r- N0 \
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
/ l& v1 K4 `5 q! w" ]$ Z7 z) W
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /* 推挽输出 */
, x9 F1 O( B0 G% v3 L6 V- E( E
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） */8 w1 I# x, b$ U9 A: A. d- H7 G# w5 ]8 j
SPI1_Init(); /* 初始化SPI */
/ E4 S# r4 C L% |
} * r( l9 S* u8 q
+ j( b; R0 h1 n O0 t: X: a: I
/**********************************************************************% b' [, Z! ^$ [' \$ J8 ^! `' c+ ~
函数名称：VS_Sine_Test()
/ K% t( R! e9 e
函数功能：正弦测试 ! g/ K# U. p& C( e; S& x# w6 g
入口参数：无
! ~# _% O. J9 M3 }
返回参数：无
6 b' f" n4 V5 \" g$ r7 J# B
解读作者：Aaron) ^+ o( }8 A# a
***********************************************************************/0 q9 T* E# v# ?
void VS_Sine_Test(void)7 R0 }+ c3 Z/ M$ Z- {9 H$ g
{ 5 A5 b, [: W! q y y
VS_HD_Reset(); /* 硬件复位 */
' C! v% H9 \2 M8 `
VS_WR_Cmd(0x0b,0X5050); /* 设置音量，值越小声音越大 */ 0 C# Y f9 S) ^' X& v- }" ~- h9 J1 } r
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 */ : A3 D5 Q" v' q" p) i
while(VS_DQ==0); /* 等待DREQ为高 */
8 |% c& b' @3 L4 u" h% U
printf("mode sin:%x\n",VS_RD_Reg(SPI_MODE));) O& V( ~3 }% w' j
/* 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 */% V5 ?- b; n( p/ s
VS_SPI_SpeedLow(); /* 低速模式 */
- u7 G( }* d) V8 p2 z# c4 T4 [* X5 n4 _
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
6 l) b; ]7 X) W" [7 l$ Z
VS_SPI_ReadWriteByte(0x53);( p0 W& s) A2 m- L& w/ s2 L) }' j
VS_SPI_ReadWriteByte(0xef);2 i& a ~1 U ]& L9 K) e. ~
VS_SPI_ReadWriteByte(0x6e);
( Z, i8 o. J# B: s5 Y% H
VS_SPI_ReadWriteByte(0x28);6 b" C" ?5 B6 X% ^
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);$ z4 O- W4 R7 K" K5 Y' K
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
" ]5 C [1 r$ {: i" |4 v
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);6 p; `( L* j& k9 r; S! M
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
9 a7 W+ k5 |+ ]3 ~1 f
delay_ms(200); /* 测试经验告诉我，延迟时间不能超过1s */
5 t! D: }1 m/ {( F+ W
VS_XDCS=1; 9 G* X# I- G' s: x
/* 退出正弦测试 */
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
$ ]0 ]% F J. r+ R
VS_SPI_ReadWriteByte(0x45);
3 j7 z4 O+ o0 h' R! g) Z' Y
VS_SPI_ReadWriteByte(0x78);, q, k" J0 L" b6 t: E9 E; W0 t
VS_SPI_ReadWriteByte(0x69);4 C5 n4 w2 I' i, F7 e4 C
VS_SPI_ReadWriteByte(0x74);5 }+ S ]& m3 N& W7 e3 P5 F' a
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);6 X# W B: c9 D( u/ G
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
6 V$ p, p1 y" i; h, r
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);5 R W% M r; P- i/ _, B6 b
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
4 [8 h" W/ K- p# p _
delay_ms(100);
/ | `' S( g/ |
VS_XDCS=1; 8 w' D V6 s. d( b
/* 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 */7 A. f0 A0 {1 ^9 u( }; a% |
VS_HD_Reset(); /* 硬件复位 */
9 e8 _# C1 `: b
VS_WR_Cmd(0x0b,0X5050); /* 设置音量，值越小声音越大 */
' K# K+ X% q' v
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 */
& I- T$ t4 \' S$ b3 G
while(VS_DQ==0); /* 等待DREQ为高 */
* f& F% X8 O, R3 c$ t) Y
VS_SPI_SpeedLow(); /* 低速模式 */
5 d' G, n+ F+ v/ v6 b
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
1 ~* y# r* [1 E
VS_SPI_ReadWriteByte(0x53);) Y& y* k: ]$ z6 ~/ O9 }$ {: f$ ^. R
VS_SPI_ReadWriteByte(0xef);2 ]' U) r1 ]( J. X7 H6 O" L: h' J1 Y: Y
VS_SPI_ReadWriteByte(0x6e);
0 O) W: I4 f, _) b4 j1 b
VS_SPI_ReadWriteByte(0x22);9 _ ]3 E* ^) T* w1 H5 k3 {
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
. L1 F* s h1 r/ F! A3 B
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);! N; C, _, U: ~! Q3 p
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);9 M8 V' S. s( J3 h
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
3 z) \, u; C$ |8 P% |
delay_ms(400);
% W4 `+ [& c- A; h
VS_XDCS=1;
9 I! r/ x# M2 b
/* 退出正弦测试 */
, }6 v, ^' n* o: {! ^; D B* J4 b
VS_XDCS=0; /* 选中数据传输 */
: }4 Y7 e- d: [7 W4 v6 m$ c
VS_SPI_ReadWriteByte(0x45);
+ w" g0 W8 m0 S
VS_SPI_ReadWriteByte(0x78);; n7 a, O7 Z% ~% f
VS_SPI_ReadWriteByte(0x69);
$ O- W; s% m( i" |1 M3 H" B
VS_SPI_ReadWriteByte(0x74);! w4 ~% P* N6 G! `6 F9 G) `
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);$ L& f# y* c; @1 n5 Q- A @
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);- B3 w# S! z/ h
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);( T; ]" D d$ V) d
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);. A) w2 n- w: b% d
delay_ms(100);
" z: s9 m& n. q
VS_XDCS=1;
5 Q# X3 J( V! _1 ?' y
}
# {7 g( A; ]/ [, |! }$ Z
! e; V* q- k) q
/**********************************************************************
7 M& w! o& M# V6 a9 p, q+ U
函数名称：u16 VS_Ram_Test()- F+ X3 Y/ `% M+ O! `' L$ I
函数功能：RAM测试 # H0 I/ _# i. Z6 R
入口参数：无
" u8 L# q! @" ~5 U
返回参数：u16 RAM测试结果，VS1003若得到0x807F，则表明完好，VS1053则为0X83FF+ v2 @# ?! C1 g+ X3 N8 @( g
解读作者：Aaron
% ]: h& t, {& }- k) M
***********************************************************************/
0 T. K- m8 H6 L' e' H: t8 L7 |
u16 VS_Ram_Test(void)
+ ~9 g& g' X3 X" i) o
{
1 s& ^) ?( C7 e5 n5 R9 b
VS_HD_Reset(); /* 硬件复位 */ : h& o1 \' V0 Z
VS_WR_Cmd(SPI_MODE,0x0820); /* 进入VS10XX的测试模式 */; L. v+ K; S; M/ h* Y& G6 T
while (VS_DQ==0); /* 等待DREQ为高 */ r1 E6 A: ~2 O6 b# d& I
VS_SPI_SpeedLow(); /* 低速 */ # Z& O, U9 n* X; m, d
VS_XDCS=0; /* xDCS = 1，选择VS10XX的数据接口 */
5 d! _, Q: T m! G& n0 E
VS_SPI_ReadWriteByte(0x4d);
1 |' k( q/ ?& q8 |2 w! L2 P
VS_SPI_ReadWriteByte(0xea);
# b2 s9 O' t3 x7 X
VS_SPI_ReadWriteByte(0x6d);( v. j9 m, c3 Z9 w( ^0 @, f
VS_SPI_ReadWriteByte(0x54);# `9 O+ N( w# K Z
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
. ~" A/ s+ P- f
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);6 q* v4 N, c- }
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
) w7 h ^+ G6 v$ t$ v
VS_SPI_ReadWriteByte(0x00);
/ Q3 [+ G/ j2 ^8 K. h6 s
delay_ms(150); 9 s( N' f+ A$ L6 J1 Q' s( f
VS_XDCS=1;
0 c% Y* d% `* `! l; _0 o% c7 A+ c
return VS_RD_Reg(SPI_HDAT0); /* VS1003如果得到的值为0x807F，则表明完好;VS1053为0X83FF */
0 `& u2 U. @4 m2 N
}