I2S 总线学习：2-I2S驱动WM8978

背景

为了了解I2S总线所对应的硬件设计，下文转载了《STM32：I2S驱动WM8978》。

以加深对I2S总线的了解。

正文

最近项目中使用STM32F4驱动音频IC：WM8978。

由于STM32的I2S接口只有一个数据引脚，因此在设计引脚的时候，就需要确定是录音还是放音。

WM8978为DAC+ADC芯片，本身并不具备编解码的功能。

1）WM8978可通过I2S接口接收PCM数据，转为模拟信号输出，此为DAC过程，即放音；

2）WM8978可接收模拟信号转为数字信号，通过I2S接口传输给MCU，此为ADC过程，即录音。

3）WM8978还使用I2C接口配置其工作参数，比如音量，EQ，3D环绕等。WM8978本身可直连1W/8欧的小喇叭。（在下文中没有使用）

1.GPIO配置

我使用的是I2S3，对着硬件工程师给的原理图，再使用STM32CubeMX对照各个管脚看看是否有此映射。不得不说，新版的STM32CubeMX使用起来有些不顺。我只喜欢使用STM32CubeMX查看资源，却不喜欢这个软件的代码，架构有些不合我意。

我使用的还是传统的库，版本为V1.4.0。

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA |

        RCC_AHB1Periph_GPIOB |

        RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);            //使能外设GPIOB,GPIOC时钟

    //PB3/4/5 复用功能输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4| GPIO_Pin_5;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

    //PC7复用功能输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;

    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);//初始化

    //PA15复用功能输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化

    //这些AF...等等，注意看stm32f4xx_gpio.h的相关定义，特别是ext,否则会有问题

    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_SPI3);         // _CK

    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_I2S3ext);      // _EXT_SD   GPIO_AF_I2S3ext

    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI3);         // _SD

    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPI3);         //_MCK

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_SPI3);        //_WS

关键在于AF的配置，有GPIO_AF_SPI3，GPIO_AF5_SPI3，GPIO_AF7_SPI3等等，令人模糊，还好库文件有说明。不同型号的MCU有不同的用法，要注意。

2.I2S寄存器配置

由于STM32的I2S与SPI是混在一起，有些资源共用，有些不共用，所以使用起来要注意。

void I2S3_Init(u16 I2S_Standard, u16 I2S_Mode, u16 I2S_Clock_Polarity, u16 I2S_DataFormat)

{

    I2S_InitTypeDef I2S_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE);    //使能SPI2时钟

    RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE);    //复位SPI2

    RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, DISABLE);   //结束复位

    I2S_InitStructure.I2S_Mode = I2S_Mode;              //IIS模式

    I2S_InitStructure.I2S_Standard = I2S_Standard;      //IIS标准

    I2S_InitStructure.I2S_DataFormat = I2S_DataFormat;  //IIS数据长度

    I2S_InitStructure.I2S_MCLKOutput = I2S_MCLKOutput_Disable; //主时钟输出禁止

    I2S_InitStructure.I2S_AudioFreq = I2S_AudioFreq_Default;    //IIS频率设置

    I2S_InitStructure.I2S_CPOL = I2S_Clock_Polarity;    //空闲状态时钟电平

    I2S_Init(SPI3, &I2S_InitStructure);

    SPI_I2S_DMACmd(SPI3, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); //SPI3 TX DMA请求使能.

    I2S_Cmd(SPI3, ENABLE); //SPI3 /I2S EN使能.

}

3.DMA配置

首先得查看手册上的DMA通道

你会看到I2S3_EXT_TX，不过其实并不是使用这个，而是SPI3_TX。有两个Stream可选择，我使用Stream 5.

void I2S3_TX_DMA_Init(u8 *buf0, u8 *buf1, u16 num)

{

    NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;

    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE); //DMA1时钟使能

    DMA_DeInit(DMA1_Stream5);

    while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream5) != DISABLE) {}        //等待DMA1_Stream1可配置

    /* 配置 DMA Stream */

    DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_0;              //通道0 SPI3_TX通道

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&SPI3->DR;  //外设地址为:(u32)&SPI3->DR

    DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (u32)buf0;          //DMA 存储器0地址

    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;     //存储器到外设模式

    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = num;                     //数据传输量

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设非增量模式

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;         //存储器增量模式

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//外设数据格式

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//存储器数据长度：16位

    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;             // 使用循环模式

    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;         //高优先级

    DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;      //不使用FIFO模式

    DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_1QuarterFull;

    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; //外设突发单次传输

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; //存储器突发单次传输

    DMA_Init(DMA1_Stream5, &DMA_InitStructure);

    DMA_DoubleBufferModeConfig(DMA1_Stream5, (u32)buf1, DMA_Memory_0);  //双缓冲模式配置

    DMA_DoubleBufferModeCmd(DMA1_Stream5, ENABLE);  //双缓冲模式开启

    DMA_ITConfig(DMA1_Stream5, DMA_IT_TC, ENABLE);  //开启传输完成中断

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream5_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //使能中断

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

//DMA1_Stream5中断服务函数

void DMA1_Stream5_IRQHandler(void)

{

    if(DMA_GetITStatus(DMA1_Stream5, DMA_IT_TCIF5) == SET) ////DMA1_Stream5,传输完成标志

    {

        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream5, DMA_IT_TCIF5);

        /*

           此处加入传输完成处理

        */

    }

}

5.播放音乐

当MCU与WM8978配置好后，播放音乐的过程为：

1）首先需要获取PCM数据。可以直接从WAV文件获取，也可以从MP3等文件解码得到，并根据文件信息，设置I2S的采样率。

2）将数据填充至之前所设置的DMA内存。

3）使用DMA_Cmd(DMA1_Stream5, ENABLE); 开启DMA传输，即可播放。

4）DMA传输完成，触发中断，可继续按（2）进行数据填充。

5）如果想暂停音乐，只需要暂时不主动进行数据填充。

6）使用DMA_Cmd(DMA1_Stream5, DISABLE);即可停止音乐播放。

如果最后发现无法发出声音，可使用逻辑分析仪检测相应IO口，正常会有很明显的波形。如图

如果I2S的管脚已经有完整的波形，还是没有输出声音，注意是不是买了假货！因为我就遇到过。

6.硬件

如果不想加功放，可提高SPKVDD电压（最高7V，以数据手册为准）。

数字信号与模拟信号不要混在一起，稍微隔离一下。这是电路基本常识，但是总是发现有人乱来。

在编写软件前，一定要把硬件工程师的电路图详细看一遍，很有可能会发现很多BUG，这样会最大限度避免很多无用功。