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[ESP8266/ESP32] FireBeetle 直接放音(PWM篇)

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本帖最后由 zoologist 于 2021-4-9 08:52 编辑

前面介绍了FireBeetle通过 DAC 来播放音频，除此之外，还可以使用 PWM 方式来播放音频。

关于 PWM动力老男孩在“Arduino系列教程之 – PWM的秘密（上）”【参考1】有介绍，对于我们来说，能用到的就是下面这一段：

PWM是用占空比不同的方波，来模拟“模拟输出”的一种方式。靠，这个太拗口了，简而言之就是电脑只会输出0和1，那么想输出0.5怎么办呢？于是输出01010101….，平均之后的效果就是0.5了。早这么说就了然了嘛。

比如，当前最高电压是5V，如果输出50%的PWM信号，可以当作 2.5V 的信号输出。

对于 ESP32来说，有对 PWM的直接支持【参考2】。

Arduino core for the ESP32 并没有一般Arduino 中用来输出 PWM 的analogWrite(pin, value) 方法，取而代之的 ESP32 有一个 LEDC ，设计是用来控制 LED 。

ESP32 的 LEDC 总共有16个路通道（0 ~ 15），分为高低速两组，高速通道（0 ~ 7）由80MHz时钟驱动，低速通道（8 ~ 15）由 1MHz 时钟驱动。

对于我们来说，用到的函数有下面3个：

ledcSetup(uint8_t channel, double freq, uint8_tresolution_bits)

分别设定使用的通道（Channel），PWM 的频率， PWM 的分辨率。比如，我们设定1Hz 的频率，然后分辨率为4Bit，那么就可以设置从 0 到15,一共16个PWM值。可以看出，分辨率越高，可以细分出更多的 PWM值。

ledcWrite(uint8_t channel, uint32_t duty)

对通道设定当前的占空比（duty）

ledcAttachPin(uint8_t pin, uint8_t channel)

将 LEDC 通道绑定到指定IO 口上

这样，我们就得到了一个和之前 DAC 很像的代码：

#include "audio\SoundData.h"

 

int freq = 8000*256;    // 频率

int channel = 0;    // 通道

int resolution = 8;   // 分辨率

 

const int led = 25;

void setup() {

  ledcSetup(channel, freq, resolution); // 设置通道

  ledcAttachPin(led, channel);  // 将通道与对应的引脚连接‘

  Serial.begin(115200);

}

 

void loop() {

  for (unsigned int i=0;i<2527766;i++) {

     ledcWrite(channel, WarOfWorldsWav[i]);

     delayMicroseconds(120);

  }

}

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测试结果表示和 DAC 的音质无差别。

前面提到了，PWM支持更高的分辨率，因此，我们可以尝试播放16Bits的音频。最简单的想法，直接将频率设定为8000Hz,然后PWM信号分辨率为16位。但是实际测试下来这样无法工作，经过研究，频率和分辨率之间有一定的限制关系【参考3】。在 8000Hz 下能够达到最高分辨率是13bits。最终实验表明使用12Bits 分辨率8000Hz 可以接收，再高噪音会较大。此外，16bits的 WAV 和 8Bits 的还有一个很大的区别在于：前者是有符号数值，后者是无符号数值。比如：0x8001实际上表示的是 -1。因此代码中取出数值后需要加上 0x8000 再做处理。另外，因为 16Bits 相对于 8Bits 数据量是直接翻倍了，导致无法在 Flash 中放下全部文件，为此，16Bits音频数据只是部分歌曲。

#include "audio\SoundData.h"

int freq = 8000*4;    // 频率

int channel = 0;    // 通道

int resolution = 12;   // 分辨率

const int led = 25;

void setup() {

  ledcSetup(channel, freq, resolution); // 设置通道

  ledcAttachPin(led, channel);  // 将通道与对应的引脚连接

}

 

void loop() {

   int tmp;

    for (unsigned int i=0;i<2831155;i=i+2) {

      tmp=(int)(WarOfWorldsWav[i]+(WarOfWorldsWav[i+1]<<8));

      tmp=tmp+0x8000;

   ledcWrite(channel, tmp>>4);

   delayMicroseconds(120);

    }

}
复制代码