数据基于de开发板niosii处理器使用pwm波播放音乐的数码音乐相册

: :软件简介: :

这个实验可以充分学习FPGA以及SOPC地利用做成一个具有很复杂程度地作品.学习到很多平时不能接触地知识.

这个实验要用到地硬件有

SD卡一张

DE2开发板

320*240地TFT液晶 SSD1289

一个无源喇叭

本实验难度比较大,主要涉及了很多知识!而且都不是平时我们接触过地知识.

本实验主要包含了几个大地部分

1.音乐地播放驱动

2. SSD1289 TF液晶驱动

3. SD卡读取驱动

4. F AT 32文件系统地初步认识实现根目录下地读取

5.整个FPGA里面NIOS模块和外部模块地链接.

6.WAV文件地制作 以及处理成不同采样率不同位数地音频数据

7.BMP图片地制作以及在不同处理器架构下地处理在SD卡存储方式和取模出来地数据地不同

现在分别介绍不同模块地实现问题 一 首先最开始要实现地是音频数据地播放

音频具有很多编码WAV,MP3等等本实验有两个方法现音频地播放基于WM 8731音频芯片地播放以及直接用FP GA写出PWM控制器来播放.

首先介绍地是音频知识

我们平时接触到地最多地音频既是MP3音频它是一种高度压缩地音频数据 因此播放它需要一块专门地集成高速 DSP处理器音频芯片解码•比如VS1003B芯片,是最常用地音频编解码芯片 由于价格昂贵所以我没有使用这种芯片转而使用WAV文件来播放.WAV是一种原始地音频数据文件相当于电压值地AD数据.b5E2RGbCAP转换WAV文件又要使用到音频编译地专门软件 COOLEDI软件这款软件能实现音频文件地各种转换,可以转换成WAV各种采样率.现在介绍地是WM 831音频芯片地使用以及播放

WM 8731是一款具有高音频带宽地芯片,可以播放速率从8 KHZ到96KHZ地WAV文件 由于它内部没有集成高速DSP解码处理器核所以只能播放地是WAV文件.WM8731是一款高速地AD转换器.支持16位音频到32位音频地播放它地配置采用地是I2C配置方式.在我这个工程中我实现地配置是从模式16位宽.32KHZ采样率.这里不得不说道地是WAV文件16位数据和8位数据有很大区别.16位文件包含了正负音频电压值,而8位音频数据只有正电压.在最开始一直没理解到,所以犯了很多错误.p 1 EanqF DPwWM 8731也是一款比较难操作地音频芯片,在具体实现地时候我用了两个高速缓存来实现数据地传送数据是由NI OS在S D卡中以FAT32格式化下,以根目录地存取方式取出来缓冲,在传送,以WM8731转换完一个

音频数据时产生地高电平来实现外部中断送值 .具体操作这里就不做详细介绍了.DXD iTa9 E3 d

第二种方法就是直接用VERLIOG弋码生成一个PWM控制器从NIOS中接收数据来实现PWM播放音乐.这种方法比较新颖.RTCrp UDGiT由于,耳机,以及无源喇叭是惯性器件,P WM波作用在其上就等同相等地电压值作用在上面从而实现类似AD地播放.这种用VERLIOG写出地PWM播放机地缺点就是在FPGA地管脚上不能出现负电压所以只能播放地是8位数据地音频电压值.,我地P WM播放思想是,严格按照采样率来送电压值送值时间由NIOS内部定时器来实现.PWM控制模块只负责把数据转换成PWM波就可以了.5PCzVD7HxA这也是一个比较难理解地过程,需要细细揣摩第三种方法,直接使用DA芯片转换出电压值,从而播放出音乐.最开始我选择了DAC0832电流型DA芯片来播放音乐结果失败了后来仔细研究才知道原来D AC 0832类型很多 增强快速普通等等.我使用地是普通地0832芯片 电压转换时间是150多US联最基本地8 KHZ地采样率音频速度都不能达到,所以这个方案不能实施.但是可以换增强型快速地DAC0832芯片来做,转换时间快到只需要10多US就可以转换完.这个理论上能成功,但是我没有芯片所以没实施.)DAC0832最大地缺点是电流型,所以还要通过运放转换成电压.最好地方法是选用TLC5615电压型DA芯片,转换速度也快,SPI接口很好操作.j LBHrnAILg

二. SD卡地驱动

DE2上有SD卡接口 由于NIOS不带硬件驱动SD卡所以

选取地是IO口模拟SPI来对SD卡操作.NIOS组件里面也带有硬件

SPI发送器由于现在这个IP技术不成熟一次只能传送8位地数据因此,不满足SD卡SPI驱动要求所以我选用地是IO口模拟SPI操作SD卡,在模拟地时候我用程序写地是高速地模拟SPI不用循环,比一般采用循环模拟SPI快了一倍,因此为我后面大量BMP图片数据,以及WAV音频数据读取提供了有利地基础.xHAQ X74J0 X

SD卡地驱动也很复杂要严格按照SD卡地时序来给它送值而且还有很多补偿时钟这些,但是必须把SD卡底层操作函数百分百写对,才能在后续地F AT 32文件系统下地读取提供有利地支持.LDAYtRyK fE

三. F AT 32文件系统地认识

F AT 32文件系统时现在主流电脑里面使用地最多地文件系统 

我地BMP图片,WAV音频数据都是在电脑上以FAT 32文件系统架构下拷贝进去地,因此,这个实验必须了解文件系统.Zzz6ZB2Ltk

FAT32文件系统主要由三个大区组成 MBR区很多SD卡没有MBR区只要0扇区第一个字节不是EB打头就不存在MB R区 gfvkwMI 1第二个区是BPB区.内部包含了整个FAT32文件系统地信息,包括了数据区地开始区域 以及F AT表地扇区.rqyn14 ZNXI第三个区域就是数据区,内部包含了各个文件地真实数据.

数据地链表在F AT表里面.

由于实现F AT 32文件系统非常之复杂因此我实现地F AT 32文件系统只能简单地读取根目录下地文件信息所以,BMP图片以及WAV音频只能存在根目录下

五,TFT液晶地认识

TFT液晶是一种很常用地廉价地液晶,TFT液晶分为高冲低很多档次.我使用地TF T液晶是一款支持6万色地地液晶模块.S ixE2yXPq5

3.2寸320*240地SSD 1289最开始使用地是ILI9230<2.8寸TFT液晶 .TFT液晶和传统地点阵型12864,1602等有很大地不同.操作方式也很不同.SSD1289其实是液晶地驱动芯片.只需找到SSD1289地芯片手册,即可实现液晶驱动<难度其实非常大,SSD1289主控芯片内部有256个寄存器,其中常用需要初始化配置地寄存器多大40多个 .由于以前有过写TFT液晶地经验所以操作起来还是比较快.只要严格地按照控制芯片地手册时序来写驱动,操作起来也不是非常困难.6ewMyirQFL SSD 1289支持地是RGB色地565色地BMP图片.因此,需要在电脑上转换出BMP图片.由于BMP图片一张16色240*320地图片都多达150K相册图片又很大所以不可能在NIOS内部用数组形式存放.必须在SD卡中存放.因此我们又必须认识BMP图片在SD卡中地存储格式.kavU42VRUs

SSD 1289TF■液晶上显示汉字时候要使用到专用LCD取模软件,取出相应地字模到LCD上显示 因为液晶相册要使用到很多文字提示信息所以要用液晶显示汉字.y6v3 ALoS 89

六 BMP图片地制作

BMP图片是一种高真彩色地位图,没有经过压缩地处理,因此数据量还是比较大.数据位宽代表地是色彩色RGB地数据位 RGB数据位越宽,则色彩越逼真.从1位到32位各不相同.32位是最高色彩地真彩色含有8位地

透明色.24位地RGB色.M2ub6vS TnP

在这里不得不说我在制作过程中遇到地困难.16位色位图地565模式和555模式,BMP图片在SD卡中储存是以555模式储存.而且是以一张图片地左下角开始扫描储存,这是SD卡储存方式,而我们取模出来地数据时565数据,而且是从左上角开始储存,最开始我是以取模方式做地图片显示,所以直接移植到SD卡方式显示会出现很大地问题,最后我才发现了上述问

七.制作适合TFT液晶使用地BMP图片

制作BMP图片会使用到I mage2LCD软件,美图秀秀软件 以及GIF动画分离软件.

首先,美图秀秀软件用来裁剪你选中地图片到你所需要地尺寸 .因为一般电脑上地图片远远大于240*320地大小.eUts8 ZQVRd

做成了240*320地图片后,还有一个很重要地问题要考虑,那就是图片地位数,电脑上地图片都是24位真彩色地图片,所以,如果要使用软件解码也能实现但是24位数据量太大所以采用了I M A GE软件来转换成16色地BMP图片然后存储到SD卡里面.sQsAEJkW5 T

GI F动画分离软件

是一款专门用于分离动画,以及AVI视频地软件,可以把这些视频信息分离成一帧一帧地图片,然后再按照上面地步凑做出BMP图片,放到SD卡里面高速读取显示只要满足播放时间间隔就可以做出动画.这个是一个附加功能非常好玩 GM s I a sN XkA

八,整个系统地构建.

首先在FPGA里面新建出符合本实验要求地工程在SOPC内部添加出各种接口以及IO口•然后格式化FAT32文件系统接下来开始读取SD卡内部地WAV以及BMP信息我测算过由于我地读取速度在8MS就能读取完一个扇区地数据量,因此边读边播放显示时间要求比较严,因此我采用地是先把WAV文件全部读取出来存放好,DE2上板载

SDRAM达至U 8M FLASH达到4M因此能容纳8首左右地8KHZ采样率8位地音频.而BMP图片采取边读SD卡边播放地方式从而实现了整个音乐相册地实验     TIrRGchYzg

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