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[ESP8266/ESP32] FireBeetle 直接放声(DAC篇)

本帖最后由 zoologist 于 2021-4-6 21:13 编辑

声音，是物体振动产生的，通常情况下通过空气将震动传递到耳朵我们就能听到了声音。常见的喇叭就是一种将电能转换为机械能的器件。

FireBeetle 核心是 ESP32-WROOM-32D, 主控频率高达240Mhz,Flash Rom 有 16MB。这里介绍一种直接通过它来播放声音的方法。用这种方法可以直接通过喇叭来播放音乐，但是因为 ESP32 输出功率有限，直接推动喇叭产生的声音很小。为此，这里使用“Gravity:带功放喇叭模块”来实现更大的声音输出。

基本原理是将数据存储在 FireBeetle 的Flash上，然后通过 ESP32 的DAC直接输出之。

具体步骤如下：

第一步，将音乐转化为8位单声道。我是用 Golden Wave ，将罗大佑的 “恋曲1990.mp3“转为8000Hz 8 Bits的Wav 格式。

Golden Wave 打开音频文件

这里重新采样为8000Hz

保存为8Bits单声道

[img=623,328][/img]

重新加载处理后的 8000Hzm 8Bits Wave 音频数据

第二步，使用Bin2C将这个 Wav 生成C 语言的头文件。命令如下：

bin2c.exe -o audio.h 19908bits.wav

实际上数据中包含了 wav的文件头，但是因为数据量不大，对播放几乎没有影响，所以这里也没有额外处理。

[img=624,179][/img]

这样，我们就有了这个歌曲的数据。特别需要注意的有下面两点：

1. 需要设置编译模式为 3MB APP/9MB FATFS 模式

[img=624,234][/img]

2. 原始的 Wav 最好不要超过2.7MB(2,831,155.2Bytes, 0x2B3333Bytes),否则会超过最大程序的限制。这次我使用的 WAV 是 2,527,766 字节的，编译后结果如下：

Sketch uses 2746845 bytes (87%) of program storage space.Maximum is 3145728 bytes.

Global variables use 15372 bytes (4%) of dynamic memory,leaving 312308 bytes for local variables. Maximum is 327680 bytes.

第三步，我们需要一些基本的测试。首先，编写一个循环，使用dacwrite() 输出数值，输出2000000次花费了11102ms，也就是说一次 dac 输出需要花费0.005551ms。前面提到使用的Wav采样率是 8000Hz。这样一个周期是 1/8000=0.125ms。因此，为了重建一个声音，我们需要 0.125/0.005551=22.5184次 dacwrite。

第四步，编写代码：

#include "audio\SoundData.h"
void setup() {
}
void loop() {
  for (unsigned int i=0;i<2527766;i++) {
    for (int j=0;j<21;j++) dacWrite(25,WarOfWorldsWav[i]);
  }
}
复制代码

我们将音频数据放在audio目录下的SoundData.h文件中，这样每次Arduino打开ino 文件的时候并不会一起打开音频数据，否则因为音频数据很大，会耽误很多时间，有时候甚至会导致Arduino编译器崩溃。另外，和前面提到的22次 dacwrite 不同，代码使用的是21次，因为for循环有一些开销，所以实际测量下来22次有一点点慢。

第五步，Gravity:带功放喇叭模块，上面有3个线，VCC和GND 连接到 FireBeetle上，信号输入Pin连接到 FireBeetle D2 (IO25)。

下载代码后即可播放出音乐了。

很明显，上述方法足够简单，能够存储2.7*1024*1024/8000=354秒的音频。在要求不高的场合下完全能够满足要求。