Как правильно задать частоту прерываний для вывода звука через ЦАП микроконтроллера?

Question

[Александр Семыкин]

Господа, столкнулся с необычной проблемой и нуждаюсь в помощи и совете.

Задача: вывести WAV-файл в DAC-канал микроконтроллера (работаю с платой STM32F4discovery). Задача тривиальная, даже не нужно читать файл с флешки - я сразу выдрал PCM-данные из WAV-файла (файл был специально подготовлен: 8 kHz, 8-bit, mono) и подгружаю их в виде массива из заголовочного файла.

Вывод в ЦАП очередной порции информации происходит по прерываниям от таймера, работающего на частоте 8кГц (что соответствует частоте дискретизации файла). Однако при попытке вывести всё это на динамик, я получаю какие-то хрипы и сипение, что довольно далеко от того, что я хочу слышать.

void Audio_TIM_Init(void) {
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig;
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig;

  __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

  htim.Instance = TIM3;
  htim.Init.Prescaler = (uint16_t) (SystemCoreClock / 1000000) - 1;
  htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim.Init.Period = 125;
  htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  HAL_TIM_Base_Init(&htim);

  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim, &sClockSourceConfig);

  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
 HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim, &sMasterConfig);

  HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 0, 1);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim);
}

Путём экспериментов я добился нужного звука (хотя и с жуткими помехами) на частоте прерываний в 32 кГц. И теперь я пытаюсь понять, в чём причина такого поведения микроконтроллера и чем мне руководствоваться при настройке прерываний?

UPD: Вопрос решён осциллографом и вдумчивым изучением схемы тактирования STM32. Как оказалось, я задал не тот делитель во время инциализации системной шины и потому таймер тактировался как раз в 4 раза медленнее, чем я рассчитывал.

Answer 1

[Армянское Радио]

Подключите ваш ЦАП к осциллографу (хватит и звуковой платы) и посмотрите на сигнал.

Comments

[Александр Семыкин]

Был бы осцилл, я бы так и сделал, но из инструментов у меня только отладочная плата, брэдборд и мультиметр.

[Армянское Радио]

Александр Семыкин: А персоналка у вас есть? Вот в звуковую карту ей свое изделие и воткните. Только через делитель 3/1, чтобы вход линейный не попалить.

[Александр Семыкин]

Только ноут, линейного входа нет тоже. Да, я весьма ограничен в ресурсах.

[Армянское Радио]

Александр Семыкин: В магазин, 500 рублей на бочку и внешняя звуковая плата - ваша.

Да и наверняка у вашего ноутбука комбинированное гнездо TRRS.

Answer 2

[evgeniy_lm]

на выходе ЦАП должен стоять НЧ фильтр.

Comments

[Александр Семыкин]

Возможно, но вопрос не об этом. НЧ избавит меня от части помех, но не даст ответа на вопрос, почему для работы частота выдачи в ЦАП должна быть в 4 раза выше, чем частота дискретизации аудиофайла.

[jcmvbkbc]

> почему для работы частота выдачи в ЦАП должна быть в 4 раза выше, чем частота дискретизации аудиофайла
Александр Семыкин: вон оно что. А вы выложите где-нибудь этот файл на посмотреть, а то может у вас там стерео 16 бит?

[Александр Семыкин]

jcmvbkbc: справедливо. Я вполне допускаю, что выполнил конвертацию неправильно. Вот файлы, которые я использую в проекте:
https://yadi.sk/d/I-V-6GgjtD7Zi - 10-секундный WAV (80 кБ);
https://yadi.sk/i/oH4rqPsutD7Zg - полученный из него заголовочный файл (400кБ);

[jcmvbkbc]

Александр Семыкин: данные ОК.

[evgeniy_lm]

Александр Семыкин: не должна.
частота дискретизации должна быть в 2 раза выше граничной частоты оцифрованого звука. у вас частота дискретизации 8кГц, т.е. выше 4 кГц вы не запишите. Потом, как уже писали, если вы посмотрите на осциллографе воспроизводимый сигнал, то не увидите красивой синусоиды, а набор прямоугольников, т.е. туеву хучу гармоник. На частоте 32 кГц большинство гармоник уходит в ультразвук по этому сигнал более-менее чистый.
Попробуйте поставить НЧ фильтр с частотой среза 4кГц и у вас все получится, но для начала, думаю, стоит почитать теорию оцифровки звука

[Александр Семыкин]

evgeniy_lm: я помню и про теорему Котельникова, и про искажение синусоиды, и про туеву кучу гармоник. Но мне вообще не надо оцифровывать звук - эта задача уже решена. Я пытаюсь его воспроизвести и сталкиваюсь с не вполне понятным для меня поведением микроконтроллера.

[evgeniy_lm]

Александр Семыкин: Как раз оцифровать не проблема. У тебя непрерывный гармонический сигнал преобразовать в дискретный не сложно - замеряй и запоминай. Вот из дискретного сделать непрерывный это уже другая история, вот тут и "теорема Котельникова" пригодится

Answer 3

[Анатолий Ворончихин]

Вспомните теорему Котельникова.... Частота опроса должна быть не менее чем в два раза выше частоты опрашиваемого сигнала. Ну и, конечно, фильтрация... Т. е. частота выше 30-40 КГц... Чем чаще, тем лучше....

Comments

[jcmvbkbc]

tolikvoron при чём тут теорема Котельникова, написано же: "выдрал PCM-данные из WAV-файла (файл был специально подготовлен: 8 kHz, 8-bit, mono)", т.е. есть частота уже задана и есть готовые отсчёты. Это воспроизведение а не запись.