ADC 的音频实验,无线收发模块（ nRF24L01）

nRF24L01 采用 QFN20 封装，有 20 个引脚，以下是各引脚的详细介绍：
1. 电源引脚
◦ VDD：电源输入端，一般接 + 3V 电源，为芯片提供工作电压，供电电压范围为 1.9V～3.6V。
◦ VSS：电源地引脚，接地，为芯片提供电气参考电位。
◦ VDD_PA：为功率放大器供电，输出为 1.8V，给射频功率放大器提供所需的电源。
◦ DVDD：去耦电路电源正极端，用于连接去耦电容，为芯片内部电路提供稳定的电源。
2. SPI 接口引脚
◦ CSN：SPI 片选信号引脚，低电平有效。当 CSN 为低电平时，芯片被选中，微处理器可以通过 SPI 接口对 nRF24L01 进行配置和数据传输。
◦ SCK：SPI 时钟引脚，用于同步 SPI 数据传输，由微处理器提供时钟信号，决定数据传输的速率和时序。
◦ MOSI：主设备输出从设备输入引脚，微处理器通过该引脚将数据发送到 nRF24L01 芯片中，进行寄存器配置、发送数据等操作。
◦ MISO：主设备输入从设备输出引脚，nRF24L01 通过该引脚将数据返回给微处理器，如返回寄存器的值、接收的数据等。
3. 控制与状态引脚
◦ CE：使能发射或接收引脚，数字输入。在 CSN 为低的情况下，CE 协同 CONFIG 寄存器共同决定 nRF24L01 的状态，用于选择芯片的工作模式，如发射模式、接收模式、待机模式等。
◦ IRQ：中断标志位引脚，数字输出，低电平触发。当状态寄存器中 TX_DS（数据发送完成中断位）、RX_DR（接收数据中断位）或 MAX_RT（达到最多次重发中断位）为高时触发中断，通知微处理器进行相应的处理。
4. 晶体振荡器引脚
◦ XC2：晶体振荡器 2 脚，模拟输出，用于连接外部晶体振荡器的一端，与 XC1 共同构成晶体振荡电路，为芯片提供时钟信号。
◦ XC1：晶体振荡器 1 脚 / 外部时钟输入脚，模拟输入，可连接外部晶体振荡器的另一端，也可以作为外部时钟信号的输入引脚。
5. 天线接口引脚
◦ ANT1：天线接口 1，用于连接天线，实现射频信号的发射和接收。
◦ ANT2：天线接口 2，同样用于连接天线，与 ANT1 共同作用，提高射频信号的传输性能。
6. 参考电流输入引脚
◦ IREF：参考电流输入引脚，模拟输入，用于输入参考电流，为芯片内部的电路提供基准电流。

  1. ADC 配置：

/* ADC 及引脚 定义 */

#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT GPIOA

#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN GPIO_PIN_5

#define ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();\

}while(0) /* PA 口时钟使能 */

#define ADC_ADCX ADC1

#define ADC_ADCX_CHY ADC_CHANNEL_5 /* 通道 Y, 0 <= Y <= 16 */

/* ADC1 时钟使能 */

#define ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();}while(0)

ADC_HandleTypeDef hadc;

void ADC_Init(void)

{

        __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();// 使能ADC时钟

    //  配置ADC结构体参数

    hadc.Instance = ADC1;  // 选择使用ADC1，

hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;

    // 时钟预分频，这里将APB2时钟（PCLK）除以4作为ADC时钟，

hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; // 分辨率设置为12位，这意味着ADC转换结果的范围是0 - 4095

hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE; // 禁用扫描模式，因为我们只处理单个通道

hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;

// 启用连续转换模式，ADC会不断进行转换，而不是只进行一次

hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; // 禁用不连续转换模式

hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;

// 不使用外部触发转换，即采用软件触发

 hadc.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; // 软件触发ADC转换

hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; // 数据右对齐，转换结果的低12位有效

hadc.Init.NbrOfConversion = 1; // 转换通道数量为1

hadc.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE; // 禁用DMA连续请求，这里不使用DMA传输

hadc.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV; // 单个转换结束标志

    // 3. 初始化ADC

if (HAL_ADC_Init(&hadc) != HAL_OK)

    {

        Error_Handler();// 初始化失败处理

    }

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;// 4. 配置ADC通道

sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;  // 选择ADC通道0，可根据实际连接的引脚修改

    sConfig.Rank = 1; // 通道转换顺序为第1个

    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;

    // 采样时间设置为3个ADC时钟周期，可根据需要调整

    if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig) != HAL_OK)

    {

                Error_Handler();// 通道配置失败处理

    }

}

// 错误处理函数示例

void Error_Handler(void)

{

    while (1)

    {

        // 可以添加错误提示代码，如点亮LED等

    }

}

音频信号采集,模拟信号转换为数字信号

uint16_t adc_value;

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)

{

    if (hadc->Instance == ADC1)

    {

        adc_value = HAL_ADC_GetValue(hadc);

        // 在这里可以对采集到的数字音频信号进行进一步处理

GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

ADC_ADCX_CHY_CLK_ENABLE(); /* 使能 ADCx 时钟 */

ADC_ADCX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 开启 GPIO 时钟 */

/* AD 采集引脚模式设置,模拟输入 */

gpio_init_struct.Pin = ADC_ADCX_CHY_GPIO_PIN;

gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;

gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;

HAL_GPIO_Init(ADC_ADCX_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);

    }

}

编码与调制

#include "nrf24l01.h"

void ASK_Modulate(uint16_t data)

{

    // 将数字信号转换为适合ASK调制的形式，例如0对应低电平，非0对应高电平

    uint8_t modulated_data = (data == 0)? 0 : 1;

    // 发送调制后的数据到nRF24L01

    NRF24L01_TxPacket(&modulated_data);

}

无线传输

#include "stm32f4xx_hal.h"

#include "nrf24l01.h"

// 定义nRF24L01相关引脚

#define NRF24L01_CE_Pin GPIO_PIN_0

#define NRF24L01_CE_GPIO_Port GPIOA

#define NRF24L01_CSN_Pin GPIO_PIN_1

#define NRF24L01_CSN_GPIO_Port GPIOA

#define NRF24L01_IRQ_Pin GPIO_PIN_2

#define NRF24L01_IRQ_GPIO_Port GPIOA

// 定义SPI句柄

extern SPI_HandleTypeDef hspi1;

// 初始化nRF24L01相关GPIO引脚

static void NRF24L01_GPIO_Init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct

= {0};

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    // 配置CE引脚

    GPIO_InitStruct

.Pin = NRF24L01_CE_Pin;

    GPIO_InitStruct

.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

    GPIO_InitStruct

.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct

.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

    HAL_GPIO_Init(NRF24L01_CE_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    // 配置CSN引脚

    GPIO_InitStruct

.Pin = NRF24L01_CSN_Pin;

    GPIO_InitStruct

.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

    GPIO_InitStruct

.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct

.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

    HAL_GPIO_Init(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    // 配置IRQ引脚

    GPIO_InitStruct

.Pin = NRF24L01_IRQ_Pin;

    GPIO_InitStruct

.Mode = GPIO_MODE_INPUT;

    GPIO_InitStruct

.Pull = GPIO_NOPULL;

    HAL_GPIO_Init(NRF24L01_IRQ_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化CE和CSN引脚电平

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CE_GPIO_Port, NRF24L01_CE_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_SET);

}

// 向nRF24L01写寄存器

static void NRF24L01_Write_Reg(uint8_t reg, uint8_t value)

{

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, ®, 1, 100);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &value, 1, 100);

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_SET);

}

// 从nRF24L01读寄存器

static uint8_t NRF24L01_Read_Reg(uint8_t reg)

{

    uint8_t value;

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, ®, 1, 100);

    HAL_SPI_Receive(&hspi1, &value, 1, 100);

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_SET);

    return value;

}

// 初始化nRF24L01

void NRF24L01_Init(void)

{

    // 初始化相关GPIO引脚

    NRF24L01_GPIO_Init();

    // 延时一段时间等待nRF24L01上电稳定

    HAL_Delay(100);

    // 配置为发射模式（可根据需要修改为接收模式）

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_CONFIG, 0x0E); // 使能CRC，2字节CRC校验，上电，发射模式

    // 设置通道频率

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_RF_CH, 0x40); // 通道76

    // 设置数据速率和发射功率

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_RF_SETUP, 0x0F); // 2Mbps速率，最大发射功率

    // 设置接收地址宽度

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_SETUP_AW, 0x03); // 5字节地址宽度

    // 设置自动重发时间和次数

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_SETUP_RETR, 0x1A); // 自动重发延迟500us，重发次数10次

    // 设置接收通道0地址

    uint8_t rx_addr_p0[5] = {0xE7, 0xE7, 0xE7, 0xE7, 0xE7};

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t *)&NRF24L01_CMD_WRITE_REG + NRF24L01_REG_RX_ADDR_P0, 1, 100);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, rx_addr_p0, 5, 100);

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_SET);

    // 设置发射地址

    uint8_t tx_addr[5] = {0xE7, 0xE7, 0xE7, 0xE7, 0xE7};

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t *)&NRF24L01_CMD_WRITE_REG + NRF24L01_REG_TX_ADDR, 1, 100);

    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, tx_addr, 5, 100);

    HAL_GPIO_WritePin(NRF24L01_CSN_GPIO_Port, NRF24L01_CSN_Pin, GPIO_PIN_SET);

    // 设置接收通道0数据长度

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_RX_PW_P0, 1); // 1字节数据长度

    // 清除中断标志

    NRF24L01_Write_Reg(NRF24L01_REG_STATUS, 0x70);

}int main(void)

{

    // 初始化ADC、nRF24L01等

    ADC_Init();

    NRF24L01_Init();

    while (1)

    {

        // 启动ADC转换

        HAL_ADC_Start_IT(&hadc);

        // 等待ADC转换完成，在中断中获取adc_value

        // 对采集到的音频数据进行编码和ASK调制并发送

        ASK_Modulate(adc_value);

    }

}

DAC 实验数模转换器

typedef struct

{

 DAC_TypeDef *Instance; /* DAC 寄存器基地址 */

 __IO HAL_DAC_StateTypeDef State; /* DAC 工作状态 */

 HAL_LockTypeDef Lock; /* DAC 锁定对象 */

 DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle1; /* 通道 1 的 DMA 处理句柄指针 */

 DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle2; /* 通道 2 的 DMA 处理句柄指针 */

 __IO uint32_t ErrorCode; /* DAC 错误代码 */

} DAC_HandleTypeDef;

typedef struct

{

  uint32_t Trigger;     //指定DAC触发源

DAC_TRIGGER_NONE：不使用触发源，通过软件触发。

DAC_TRIGGER_T6_TRGO：使用定时器 6 的触发输出（TRGO）作为触发源。

DAC_TRIGGER_T3_TRGO：使用定时器 3 的触发输出（TRGO）作为触发源。

  uint32_t OutputBuffer;  //指定DAC输出缓冲状态

DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE：使能输出缓冲，提高输出驱动能力。

DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE：禁用输出缓冲。

} DAC_InitTypeDef;

MSP 初始化函数 HAL_DAC_MspInit，

void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef* hdac);

DAC 的通道参数初始化函数:

HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_ConfigChannel(DAC_HandleTypeDef *hdac,

DAC_ChannelConfTypeDef *sConfig, uint32_t Channel);

typedef struct

{

 uint32_t DAC_Trigger; /* DAC 触发源的选择 */

 uint32_t DAC_OutputBuffer; /* 启用或者禁用 DAC 通道输出缓冲区 */

} DAC_ChannelConfTypeDef;

使能启动 DAC 转换通道函数，

HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel);

DAC 的通道输出值函数，其声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel,

uint32_t Alignment, uint32_t Data);

Channel选择输出通道， DAC_CHANNEL_1或DAC_CHANNEL_2

DAC 读取通道输出值函数：

uint32_t HAL_DAC_GetValue(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel);

启动 DAC 使用 DMA 方式传输函数，

HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel,

uint32_t *pData, uint32_t Length, uint32_t Alignment);

形参 3 是使用 DAC 输出数据缓冲区的指针。

形参 4 是 DAC 输出数据的长度。

形参 5 是指定 DAC 通道的数据对齐方式，有：DAC_ALIGN_8B_R（8 位右对齐）、

DAC_ALIGN_12B_L（12 位左对齐）和 DAC_ALIGN_12B_R（12 位右对齐）三种方式

停止 DAC 的 DMA 方式函数，其声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop_DMA(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel);

配置主模式下的定时器触发输出选择函数，其声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(

TIM_HandleTypeDef *htim, TIM_MasterConfigTypeDef *sMasterConfig);

接收端，无线接收

uint8_t received_data;

void NRF24L01_Receive(void)

{

    if (NRF24L01_RxPacket(&received_data) == 0)

    {

        // 接收成功，对received_data进行处理

    }

}

解调与解码

uint16_t ASK_Demodulate(uint8_t data)

{

    // ASK解调，将接收到的数据转换为数字音频信号形式

return (data == 0)? 0 : 1000; // 这里假设0对应0，1对应1000，实际需根据编码情况调整

}

DAC 配置与音频输出

DAC_HandleTypeDef hdac;

void DAC_Init(void)

{

    hdac.Instance = DAC;

    hdac.Init.OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;

    HAL_DAC_Init(&hdac);

    // 配置DAC通道

    DAC_ChannelConfTypeDef sConfig;

    sConfig.DAC_Channel = DAC_CHANNEL_1;

    sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;

    HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig);

}

int main(void)

{

    // 初始化nRF24L01、DAC等

    NRF24L01_Init();

    DAC_Init();

    while (1)

    {

        // 接收无线数据

        NRF24L01_Receive();

        // 对接收数据进行ASK解调

        uint16_t demodulated_data = ASK_Demodulate(received_data);

        // 通过DAC输出模拟音频信号

        HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, demodulated_data);

    }

}

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