FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）

时间：2022-12-11 16:03:00

第七章 实战项目提升，完善简历

18.SD卡存放音频WAV播放（下）

      进一步地我们再结合图1的示意图来分析wav_play模块的时序逻辑设计，大家可以清楚地看到WM8731在Right justified和主从时钟模式下，是先发左声道后发右声道数据的，这里需要强调4点也是之前困扰笔者很久的问题：     

      1. WAV格式的音频数据采用了16Bit双声道编码格式，相当于一个基本音频数据单元是32Bit，这也就是为什么要把SD卡扇区中读到的4个字节数据拼接到一起后存入FIFO中，主要是为了方便wav_play模块的数据拆分；

       2. 在这个例程中我们选取的是Right justified、主时钟、默认32bit模式，注意到手册里明确写道在主时钟模式下，DACLRC/ADCLRC是输出64个BCLK时钟周期即32个BCLK高电平，32个BCLK低电平；

        3. 在Right justified、默认32bit模式下，前32个BCLK对应DACLRC/ADCLRC的高电平，这时应该在后16个BCLK中输入左声道16位的数据，后32个BCLK对应对应DACLRC/ADCLRC的低电平，这时应该在后16个BCLK中输入右声道16位的数据，而对应的左右声道的前16个BCLK可以做补零操作，且DACDAT/ADCDAT的数据应该在BCLK时钟下降沿更新；

      4. 注意到WAV下16 Bit双声道编码格式为：左声道数据低字节、左声道数据高字节、

      右声道数据低字节、右声道数据高字节，而WM8731在Right justified、默认32bit模式下的编码格式为：左声道数据高字节、左声道数据低字节、右声道数据高字节、右声道数据低字节，所以需要在程序里把上游wav_query模块从FIFO中读到的32位数据进行数据拼接，重新组成左声道和右声道的数据。

FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）

图1 WM8731在Right justified和主从时钟模式下的说明

      如表1所示是wav_play模块信号列表，在这个模块里我们先把上游wav_query模块从FIFO中读到的32位数据进行数据拆分处理，再拼接成32位的左声道数据和32位的右声道数据，最后按照Right justified、主时钟、默认32bit模式，在BCLK和ADCLRC的作用下把数据一位位地送到DACDAT上。

      显然本模块的CLK对应50Mhz时钟比BCLK快很多，可以捕获到BCLK的时钟下降沿和ADCLRC的时钟上升沿，在这里wav_data和wav_data_vld分别对应上游模块的数据信号和数据指示信号，而wav_playrdy作为读准备信号例化到上游wav_query模块，激发FIFO的读使能信号，如图2所示是WAV音频播放模块的代码设计。

信号列表

信号名

I/O

位宽

clk

I

1

rst_n

I

1

wav_bclk

I

1

wav_adclrc

I

1

wav_data

I

32

wav_data_vld

I

1

wav_playrdy

O

1

wav_dacdata

O

1

表1 wav_play模块信号列表

FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）

图2 WAV音频播放模块的代码设计

      如表2和表3所示分别是config_wm8731和i2c_wm8731模块的信号列表，显然我们需要去初始化WM8731后，芯片才能按照我们的想法工作，其中config_wm8731模块存储了10个寄存器地址和参数值，i2c_wm8731模块则实现了整个IIC配置的时序逻辑，依次配置10个寄存器，完成IIC初始化后，通过i2c_config_done信号指示初始完成，如图3和4所示分别是2个模块的代码设计。

信号列表

信号名

I/O

位宽

lut_index

I

4

lut_data

O

24

lut_size

O

4

表2 config_wm8731模块信号列表

信号列表

信号名

I/O

位宽

clk

I

1

rst_n

I

1

i2c_config_size

I

4

i2c_config_data

I

24

i2c_sda

I/O

1

i2c_scl

O

1

i2c_config_index

O

4

i2c_config_done

O

1

表3 i2c_wm8731模块信号列表

FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）

图3 WM8731初始化寄存器值模块的代码设计

FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下） 图4 WM8731初始化寄存器设置模块的代码设计

      如图5所示是SD卡存放音频WAV播放顶层模块的代码设计，大家需要把各个模块的相关信号例化到一起，在这个例程中首先我们在SD卡中事先存储好了很多首WAV格式的歌曲，然后按下按键KEY1，FPGA会按照SD卡的扇区依次遍历各个扇区直到找到WAV文件头格式的歌曲，把WAV格式的音频数据按照WM8731配置的Right justified、主时钟、默认32bit模式播放歌曲，接着当播放完一首歌曲后，再按下按键KEY1，FPGA会再去查找SD卡扇区的下一首WAV文件头格式的歌曲，找到后继续播放下一首。

     为了便于调试观察，这里笔者也把各个模块的关键信号添加到ILA IP核中，同时通过LED0点亮代表SD卡和WM8731均初始化完毕，通过LED1闪烁代表当前正在播放SD卡中的音频数据，插上SD卡后即可观察到板载的LED0点亮，按下按键KEY1很快板载的LED1会不断地闪烁，同时把耳机座子插到豌豆开发板的绿色耳机接口处，即可播放出动听美妙的战歌Counting Stars。

FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）FPGA 20个例程篇：18.SD卡存放音频WAV播放（下）

图5 SD卡存放音频WAV播放顶层模块的代码设计

SD卡音乐WM8731播放

标签：

相关文章