Розроблення вбудованої системи опрацювання аудіоданих в реальному часі для здійснення прослуховування на МК STM32: кваліфікаційна робота на здобуття освітнього ступеня «бакалавр» за спеціальністю 126 «Інформаційні системи та технології»

Abstract

У дипломній роботі розроблено вбудовану систему опрацювання аудіоданих в реальному часі на платформі STM32F4-DISCOVERY з 32-розрядним МК ARM Cortex-M4 STM32F407VGT6. Для її розробки використано основні модулі плати STM32F4-DISCOVERY (MEMS-мікрофон MP45DT02, аудіо ЦАП CS43L22). Цифровий MEMS-мікрофон MP45DT02 підключено до модуля I2S2 МК STM32F407VGT6, який налаштовано як ведучий приймач в режимі Half-Duplex для отримання потоку аудіоданих у форматі PDM з мікрофона MP45DT02. Використано DMA МК STM32 для передачі аудіоданих з буферів, що дозволило суттєво розвантажити процесор. Периферійний модуль I2S3 МК налаштовано у режимі ведучого передавача і використовується для передачі аудіоданих на зовнішній аудіо ЦАП CS43L22. Периферійний модуль USB МК STM32 налаштовано в режимі хоста. Реалізовано протокол MSC для запису та зчитування аудіоданих з USB-флеш накопичувача. Для управління аудіо ЦАП використано периферійний модуль I2C1 МК STM32. Для моніторингу програм (відтворення або запис) використано кнопки користувача на платі STM32F4-DISCOVERY. Створено програмне забезпечення опрацювання аудіоданих на C/C++ з використанням аудіо драйвера BSP_AUDIO для МК STM32F4xx і бібліотеки PDM2PCM. Програмне забезпечення збирає PDM-дані з мікрофона, проводить їх фільтрацію, децимацію, перетворення у формат PCM та зберігає аудіо дані у WAV-файлі на USB-флеш накопичувачі. In the bachelor’s thesis, the real-time embedded system for acquisition and processing audio data has been developed using the STM32F4-DISCOVERY Discovery kit with the STM32F407VGT6 ARM Cortex-M4 32-bit MCU. The main modules of the STM32F4-DISCOVERY kit (MP45DT02 MEMS microphone, CS43L22 audio DAC) are used for its development. The digital MEMS microphone MP45DT02 is connected to the I2S2 module of the STM32F407VGT6 microcontroller, which is configured as a Master receiver in Half-Duplex mode to receive a stream of audio data in PDM format from the MP45DT02 microphone. The STM32 I2S DMA is used to transfer audio data from buffers, which significantly unloads the processor. The peripheral module I2S3 of the microcontroller is configured in master transmitter mode and is used to transfer audio data to an external audio DAC CS43L22. The STM32 USB peripheral module is configured in host mode and the MSC (Mass Storage Class) protocol is implemented for transmitting and receiving audio data from/to USB flash memory. To control the audio DAC, the STM32 I2C1 peripheral module is used. To monitor programs (playback or record), user buttons on the STM32F4-DISCOVERY kit are used. The audio processing software is created in C/C++ using the BSP_AUDIO audio driver for the STM32F4xx microcontroller and the PDM2PCM library. The software collects PDM data from the microphone, filters, decimates and converts them to PCM format for saving in a WAV file on a USB flash drive.