Розроблення цифрового пристрою на мікроконтролері ARM CORTEX-M4 STM32F407VGT6 для аудіофіксації правопорушень працівниками поліції: кваліфікаційна робота на здобуття освітнього ступеня «бакалавр» за спеціальністю 126 «Інформаційні системи та технології»

Abstract

У роботі спроєктовано спеціалізований цифровий пристрій для аудіофіксації правопорушень поліцією. Систему побудовано на 32-бітній платформі STM32F4, де обробку сигналів виконує МК STM32F407VGT6. Технічне рішення передбачає використання вбудованого мікрофона MP45DT02 та стереофонічного ЦАП CS43L22 для якісного опрацювання аудіоданих. Зчитування аудіосигналу з МЕМС-мікрофона MP45DT02 забезпечується модулем I2S2, який працює в режимі напівдуплексного ведучого приймача. Це дозволяє не лише приймати PDM-потік, а й керувати частотою дискретизації через подачу синхросигналу на мікрофон. Використання каналу DMA для трансляції вибірок з інтерфейсу I2S2 до буфера оперативної пам’яті дозволило суттєво знизити завантаженість ядра мікроконтролера під час фіксації звуку. Для відтворення аудіосигналу задіяно інтерфейс I2S3 (режим ведучого передавача), підключений до 24-бітного стерео-ЦАП CS43L22, налаштування якого виконується по шині I2C1. Робота з зовнішніми носіями (USB-флеш-картами) організована через вбудований USB-модуль у режимі Host за протоколом MSC, що забезпечує підтримку формату WAV. Користувацький інтерфейс управління процесами фіксації та відтворення звуку базується на стандартних кнопках плати STM32F4-DISCOVERY. Розроблене програмне забезпечення базується на стеку технологій HAL, BSP та бібліотеці перетворення PDM2PCM, що дозволяє ефективно опрацьовувати аудіосигнали на платформі STM32F4. Система підтримує два основні режими: запис аудіопотоку з мікрофона MP45DT02 у форматі WAV на USB-накопичувач та відтворення збережених файлів через 24-бітний аудіо-ЦАП CS43L22. The work designs a specialized digital device for audio recording of offenses by the police. The system is built on a 32-bit STM32F4 platform, where signal processing is performed by the STM32F407VGT6 microcontroller. The technical solution involves the use of a built-in MP45DT02 microphone and a CS43L22 stereo digital-to-analog converter for high-quality processing of audio data. Reading the audio signal from the MP45DT02 MEMS microphone is provided by the I2S2 module, which operates in half-duplex master receiver mode. This allows not only to receive the PDM stream, but also to control the sampling rate by applying a sync signal to the microphone. Using the DMA channel to transfer samples from the I2S2 interface to the RAM buffer significantly reduced the load on the microcontroller core during sound capture. For audio signal reproduction, the I2S3 interface (master transmitter mode) is used, connected to the 24-bit stereo DAC CS43L22, the configuration of which is performed via the I2C1 bus. Work with external media (USB flash cards) is organized via the built-in USB module in Host mode using the MSC protocol, which provides support for the WAV format. The user interface for controlling the processes of sound capture and playback is based on the standard buttons of the STM32F4-DISCOVERY board. The developed software is based on the HAL, BSP technology stack and the PDM2PCM conversion library, which allows for efficient processing of audio signals on the STM32F4 platform. The system supports two main modes: recording the audio stream from the MP45DT02 microphone in WAV format to a USB drive and playing back the saved files via the CS43L22 24-bit audio DAC.