STM32F4. Внешний ЦАП CS43L22 и I2S

[teplofizik]

Как я уже говорил, на плате STM32F4-Discovery установлен ЦАП, который подключается по интерфейсу I2S. И оно может проигрывать мелодии, пищать и издавать в соответствующий разъём всякие звуки. Если, конечно, туда подключить какое-нибудь устройство воспроизведения.

Прежде, чем можно будет в I2S гнать аудиопоток, ЦАП надо включить и настроить, иначе он будет молча данные игнорировать:
1. Линию PD4 (~RESET) перевести в высокий уровень. ЦАП начнёт работать и воспринимать команды.
2. Командами по линии I2C программно включить ЦАП, выбрать и настроить протокол I2S, настроить коэффициенты усиления, установить громкость и всё такое. Настроек там выше крыши, и их все можно посмотреть в даташите.
3. Настроить I2S в контроллере.

После этого можно уже посылать данные и слышать результат в наушниках.

Я взял уже готовый базовый проект из предыдущих, готовый драйвер I2C (с буферизацией на 5 транзакций) и настраивал посредством него:

// Инициализация
void cs43l22_Init(void)
{
	// Выведем из состояния сброса
	// PD4 - ~Reset
	gpio_DigitalOutput(PORTD, 4);

	// Аппаратный сброс
	cs43l22_Reset();
	
	// Настройка кодека
	// PDN = 0x01, Powered Down
	WriteLock(REG_POWER_CTL1, 0x01);
	
	// PDN_HP = 2, Headphone channel is always ON.
	// PDN_HP = 3, Speaker channel is always OFF.
	WriteLock(REG_POWER_CTL2, 0xaf);
	
	// AUTO = 1, Auto-detection of Speed Mode enabled
	// MCLKDIV2 = 1, MCLK signal into DAC divided by 2
	WriteLock(REG_CLOCKING_CTL, 0x81);
	
	// DACDIF = 1, DAC Interface Format: I2S, up to 24-bit data
	WriteLock(REG_INTERFACE_CTL1, 0x04);
	
	// Максимальная громкость: +12 dB
	WriteLock(REG_MASTER_A_VOL, 0x18);
	WriteLock(REG_MASTER_B_VOL, 0x18);
	
	// Определение нуля не надо, да и чего-то там ещ

	WriteLock(REG_ANALOG_ZC_SR_SETT, 0x00);
	
	// DIGSFT = 0, Does not occur with a soft ramp
	// DEEMPHASIS = 1, config. digital de-emphasis filter response
	WriteLock(REG_MISC_CTL, 0x04);

	// Отключить ограничитель
	WriteLock(REG_LIMIT_CTL1, 0x00);
	
	// Подстроить уровни
	// TREB = 0b0000, treble gain +12.0 dB
	// BASS = 0b1111, gain of the bass shelving filter -10.5 dB
	WriteLock(REG_TONE_CTL, 0x0f); 

	// Подстроить громколсть обоих каналов
	// PCMxVOL: +5 dB
	WriteLock(REG_PCMA_VOL, 0x0a); 
	WriteLock(REG_PCMB_VOL, 0x0a);
}

Не суть важно. Драйвер i2c можно заменить на любой другой, даже из стандартной библиотеки.

Так что там с I2S. На плате на ЦАП ведут дорожки с выводов PC7 (MCK), PC10 (SCK), PC12 (SD), PA4 (WS). Альтернативная функция: 6.
Даже по названиям линий видно, что это синхронный протокол. По сути - это что-то вроде SPI, только с дополнительными линиями данных, одна из которых (WS) говорит о том, на какой канал идёт передаваемый аудиосемпл. Не удивительно и то, что протокол I2S реализован на базе модуля SPI (нам нужен SPI3, но на SPI2 тоже есть, вроде).

Настройка проста, только требует ряда расчётов:
1. Подаём тактовый сигнал на соответствующий модуль SPI (флаг SPI3EN в регистре RCC_APB1ENR);
2. Выбираем источник тактирования для I2S: PLLI2S (отдельный PLL для аудио) или внешний тактовый сигнал. За это отвечает флаг I2SSRC в регистре RCC_CFGR. Так как внешнего сигнала нема, сбрасываем флаг;
3. Настраиваем этот самый PLL для аудио (множитель, делитель) в регистре PLLI2SCFGR, параметры примерные можно глянуть в таблице 125 (Audio frequency precision) из Ref. Man. Там же идёт и пример расчёта под нестандартные значения. Относительно него потом будет вычисляться частота семплирования аудио, с какой скоростью слать данные ЦАПу.
4. Включаем его установлением флага PLLI2SON в регистре RCC_CR;
5. Ожидаем готовности (PLLI2SRDY там же);
6. Настраивается делитель относительно PLLI2S, чтобы дать нужную частоту следования выборок: 48000 кГц, 96000 кГц, 8 кГц и т.д., в зависимости от формата проигрываемого файла. Опять же, параметры для стандартных частот указаны в таблице 125.

Дальше можно данные запихивать в регистр SPIx_DR, разделение по каналам такое: сначала пишем левый, потом правый, потом снова левый и так далее.

В примере идёт инициализация ЦАПа и I2S, а потом в цикле играет гамма, каждая нотка по паре секунд. Звук грязный, ибо меандр. Правда, в высоте звука я не уверен.

Проект;
cs43l22.c;
i2s.c;
test2.c.

побайтовая запись ленива и упорна. Вот пример записи через DMA, где обмен идёт с кодом уже блоками.
Проект с DMA;
i2s.c (DMA);
test2.c (DMA).


<< Предыдущее Следующее >>