声卡

声卡设计¶

现在我们要设计一个声卡，必要的程序是stm32端和上位机程序。我推荐使用MATLAB，因为很多东西已经被封装好了，很方便，这里我选用C语言来实现。

第一步¶

弄明白如何使用串口通讯，能做到利用串口收发信息(计算机到stm32)。这里推荐 Windows 应用商店里的串口助手，可以很方便的实现串口通讯。不过某些时候这个串口助手没办法识别虚拟串口，因此需要其他的串口助手。

第二步¶

弄明白什么是 ADC 和 DAC, 并初步实现 ADC 和 DAC 的采样和输出。

做完这一步你就应该能明白这整个项目是在干什么了，

用 DAC 采样，实时发送数据到计算机
计算机接收数据后存储成 wav 格式
计算机发送数据到 stm32，stm32 通过 ADC 采样
stm32 通过 DAC 输出

思路如上，单片机侧的程序比较简单，照着例程改改就可以用，但需要注意波特率设置，尽量高，比如2000000，这样可以保证数据的实时性。采样率设置10k就够了，更高当然也可以。

第三步¶

接下来就是计算机侧的程序

这里用C实现串口读写和wav格式存储。这里需要注意的是，wav格式的头文件需要自己写，不过网上有很多现成的，可以直接拿来用。

首先是串口读写

声明变量

HANDLE hSerial;
 DCB dcbSerialParams = { 0 };
 char port[] = "COM"; // specify the COM port you want to use
 DWORD bytes_written, bytes_read;
 uint16_t incoming_data[240000] = { 0 };   // buffer to store incoming data

打开串口

// open the serial port
 hSerial = CreateFileA(port, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
 if (hSerial == INVALID_HANDLE_VALUE)
 {
  printf("Error opening serial port.\n");
  return 1;
 }

 // set the serial port parameters
 dcbSerialParams.DCBlength = sizeof(dcbSerialParams);
 if (!GetCommState(hSerial, &dcbSerialParams))
 {
  printf("Error getting serial port state.\n");
  CloseHandle(hSerial);
  return 1;
 }
 dcbSerialParams.BaudRate = 2000000;
 dcbSerialParams.ByteSize = 8;
 dcbSerialParams.StopBits = ONESTOPBIT;
 dcbSerialParams.Parity = NOPARITY;
 if (!SetCommState(hSerial, &dcbSerialParams))
 {
  printf("Error setting serial port state.\n");
  CloseHandle(hSerial);
  return 1;
 }

 int cnt = 0;
 if (!ReadFile(hSerial, incoming_data, sizeof(incoming_data), &bytes_read, NULL))
 {
  printf("Error reading from serial port.\n");
  CloseHandle(hSerial);
  return 1;
 }

这样就可以读取串口数据了。值得注意的是读取的时候记得使用CreatFileA,而不是CreatFile。

最后是wav文件写入

头文件

#define TEST_SAMPLE_RATE    10000
#define TEST_SAMPLE_LEN_SEC    2

#define TEST_SAMPLE_NUM 20000

#define CHAN_NO 2
#define SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_CH_MONO    2
#define SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH  4
#define BITS_PER_BYTE   8

#define SAMPLE_SIZE_IN_BITS_CH_MONO    (SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_CH_MONO * BITS_PER_BYTE)
#define SAMPLE_SIZE_IN_BITS_ALL_CH (SAMPLE_SIZE_IN_BITS_CH_MONO * CHAN_NO)

SimpleWavHdr wavHdr;

FILE* fp = NULL;
 ZeroMemory(&wavHdr, sizeof(wavHdr));
 // Fill the header of the wave file
 wavHdr.RiffHdr = FOURCC_RIFF;
 wavHdr.ChunkSize = sizeof(wavHdr) - 8; //sizeof(wavHdr) - 8
 wavHdr.WavHdr = mmioFOURCC('W', 'A', 'V', 'E');
 wavHdr.FmtHdr = mmioFOURCC('f', 'm', 't', ' ');
 wavHdr.HdrLen = 16;
 wavHdr.DataType = WAVE_FORMAT_PCM;
 wavHdr.ChanNo = CHAN_NO;
 wavHdr.SamplePerSec = TEST_SAMPLE_RATE ;
 wavHdr.SamplePerSec = TEST_SAMPLE_NUM;
 wavHdr.BytePerSample = SAMPLE_SIZE_IN_BYTE_ALL_CH;
 wavHdr.BitsPerSample = SAMPLE_SIZE_IN_BITS_CH_MONO;
 wavHdr.dataHdr = mmioFOURCC('d', 'a', 't', 'a');
 wavHdr.RawSize = 960000;
 errno_t err = fopen_s(&fp, TEST_WAV_NAME, "wb");
 fwrite(&wavHdr, sizeof(wavHdr), 1, fp);

这里需要注意 wav 头格式的几个参数，比如采样率，采样位数等等，这些参数需要和单片机侧的参数一致。

记得关闭串口和文件

第四步¶

ADC 采样可以用 MATLAB _{~(因为实在是太方便了)}~别的语言搞通讯协议，比较复杂。所以 MATLAB 是最好的选择。

安装audio toolbox，剩下的留给读者。

第五步¶

变速不变调。

搜索 pitchshifter

单独改变wav文件的采样率同时改变速度和音调，大致的思路是在调整速度之前先加高或降低声音的音调，再调整速度就可以实现变速不变调。本次实验，可以采用 OLA 法 (Overlap-Add) 处理信号