解码-VS1053B简解及实现（三）

傷城~ 2023-06-01 06:17 517阅读 0赞

定义：

VS1053是荷兰VLSI公司推出的一款高性能编解码芯片。

该芯片可以实现对MP3/OGG/WMA/FLAC/WAV/AAC/MIDI等音频格式的解码。

同时还可以支持ADPCM/OGG等格式的编码。

特点：

VS1053芯片内部还带了一个可变采样率的立体声ADC（支持咪头或线路输入）、一个高性能立体声DAC及音频耳机放大器。

●支持音量调节、高低音控制和EarSpeaker空间效果。

●低功耗 。

接口：

VS1053通过SPI接口来接受输入的音频数据流，它可以是一个系统的从机，也可以作为独立的主机。本例程，我们把它当成从机使用。我们通过SPI口向VS1053不停的输入音频数据，它就会自动帮我们解码了，然后从输出通道输出音乐，这时我们接上耳机就能听到所播放的歌曲了。

VS1053的SPI数据传送，分为SDI和SCI，分别用来传输数据/命令。SDI采用SPI协议，不过，数据传输受DREQ控制，主机在判断DREQ有效（高电平）之后，直接发送数据即可（一次可以发送32个字节）。

SCI 寄存器，重点研究 MODE 等七个寄存器。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5Z3JpbGNsaA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

基本设置：

*   *  MODE寄存器（0X00）

SM\_RESET：软件复位，建议在每播放一首歌曲之后，软复位一次。

SM\_SDINEW：模式设置位，设置为1，选择VS1002新模式(本地模式)。

*   *  BASS寄存器（0X02）

声音设置：

高低音设置用BASS寄存器。

EarSpeaker 用MODE来设置。

*   *  CLOCKF寄存器（0X03）

CLOCKF，一般设置此寄存器的值为0X9800，表示外部时钟是12.288M，内部时钟频率为输入时钟频率的3倍，倍频增量为1.5倍。

*   *  DECODE\_TIME寄存器（0X04）

它是一个累计时间，在每首歌播放之前，需要把它清空一下（给寄存器写0），以得到这首歌的准确解码时间。

*   *  HDAT0&HDAT1寄存器（0X08&0X09）

这两个寄存器，是数据流头寄存器，不同的音频文件，读出来的值意义不一样，我们可以通过这两个寄存器来获取音频文件的码率，从而可以计算音频文件的总长度。

*   *  VOL寄存器（0X0B）

该寄存器用于控制VS1053的输出音量，该寄存器可以分别控制左右声道的音量，每个声道的控制范围为0~254，每个增量代表0.5db的衰减，所以该值越小，代表音量越大。比如设置为0X0000则音量最大，而设置为0XFEFE则音量最小。

注意：如果设置VOL的值为0XFFFF，将使芯片进入掉电模式！

VS1053初始化步骤

①复位VS1053

包括硬复位和软复位，让VS1053恢复初始状态，准备解码下一首歌曲。在每首歌曲播放之前都可以执行一次硬件复位和软件复位（推荐每首歌播放之前，只进行软件复位，硬件复位一次，会呲呲呲的响，出现大的问题，可以进行硬件复位。），以便更好的播放音乐。

②配置VS1053的相关寄存器

这里我们配置的寄存器包括VS1053的模式寄存器（MODE）、时钟寄存器（CLOCKF）、音调寄存器（BASS）、音量寄存器（VOL）等。

③发送音频数据

经过以上①、②配置以后，我们剩下来要做的事情，就是往VS1053里面发送音频数据，只要是VS1053支持的音频格式，直接往里面丢就可以了，VS1053会自动识别，并进行播放。不过，发送数据要在DREQ信号的控制下有序的进行，不能乱发。这个规则很简单：只要DREQ变高，就向VS1053发送32个字节。然后继续等待DREQ变高，直到音频数据发送完。

<table style="margin-left:15.25pt;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="border-color:#a3a3a3;vertical-align:top;width:52.4pt;"> <p style="margin-left:0cm;"><span style="color:#000066;">暂停：&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; </span></p> </td> 
   <td style="border-color:#a3a3a3;vertical-align:top;width:180.45pt;"> <p style="margin-left:0cm;"><span style="color:#000066;">就算</span><span style="color:#000066;">DR</span><span style="color:#000066;">EQ</span><span style="color:#000066;">来了，也不传输数据。</span></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

快进/后退： 偏移之后，再传输数据。

SPI速率的确认：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5Z3JpbGNsaA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

SCI 读取的时候，SPI 不能超过4M.

SCI 和 SDI 写入的时候，SPI 不能超过9M.

CLK的值 12.28 \*3  约等于 36M. (外部时钟是12.28M,内部时钟频率为输入时钟频率的3倍,所以clk = 12 \* 3)

获取码率：

根据HDAT0&HDAT1的值，可以获取码率值，从而知道音频的播放时长。

对于WAV , MIDI等格式。因为HDAT0的位长是16位，所以表示的最大值是 65535，那速率65535 \* 8 = 524280 = 524K,速率超过524Kbps的就码率就准确了，算的时长就不正确了。

对于mp3，因为它的速率是根据查表法得到的，不是根据 HDAT0 得到的，所以它的时长计算，比较准确。

装载patch:

VLSI 的 VS10XX 系列芯片都会有一些 patch（插件），用于修复芯片存在的 bug，或者

用于增加新的功能。 VS10XX 的 patch 其实就是一段可以在 VS10XX 芯片上面执行的代码，

由 VLSI 官方提供， 可以在： [http://www.vlsi.fi/en/support/software/vs10xxpatches.html][http_www.vlsi.fi_en_support_software_vs10xxpatches.html] 这个地

址下载到。

patch 一般有 2 种格式：一种是采用 16 位无符号数组存储的， 是采用了游程编码（RLE）

压缩算法，进行过压缩的格式。另外一种，是直接采用 2 个 8 位数组存储的， 没有进行压缩

的格式。

推荐采用 16 位无符号存储格式的 patch，更省空间。 VS1053 采用的 16 位 RLE 压缩编

码规则如下：

1， 首先读寄存器地址 addr（第 1 个数据）和重复数 n（第 2 个数据）。

2， 如果 n&0X8000 为真，那么将下一个数据（第 3 个数据）重复写 n 次到寄存器 addr。

3， 如果 n&0X8000 为假，则写接下来的（第 3 个数据开始） n 个数据到寄存器 addr。

4， 重复以上 3 步，直到数组结束。

如 VS1053， WAV 录音无数据输出的 bug，修正 patch 如下：

//VS1053 的 WAV 录音有 bug,这个 plugin 可以修正这个问题

const u16 wav\_plugin\[40\]=/\* Compressed plugin \*/

0x0007, 0x0001, 0x8010, 0x0006, 0x001c, 0x3e12, 0xb817, 0x3e14, /\* 0 \*/

0xf812, 0x3e01, 0xb811, 0x0007, 0x9717, 0x0020, 0xffd2, 0x0030, /\* 8 \*/

0x11d1, 0x3111, 0x8024, 0x3704, 0xc024, 0x3b81, 0x8024, 0x3101, /\* 10 \*/

0x8024, 0x3b81, 0x8024, 0x3f04, 0xc024, 0x2808, 0x4800, 0x36f1, /\* 18 \*/

0x9811, 0x0007, 0x0001, 0x8028, 0x0006, 0x0002, 0x2a00, 0x040e,

\};

根据前面提到的原则，得到： addr=0X0007， n=0X0001，即将接下来的 0X8010 写入寄

存器 0X0007 即可，之后： addr=0X0006， n=0X001C，即将接下来的 28 个数据，写入寄存

器 0X0006。后续的以此类推。

因此，我们可以得出 patch 加载函数（即 RLE 解压）：

//vs10xx 装载 patch.

//patch： patch 首地址

//len： patch 长度

void VS\_Load\_Patch(u16 \*patch,u16 len)

u16 i; u16 addr, n, val;

for(i=0;i<len;)

addr = patch\[i++\];

n = patch\[i++\];

if(n & 0x8000U) //RLE run, replicate n samples

n &= 0x7FFF;

val = patch\[i++\];

while(n--)VS\_WR\_Cmd(addr, val);//重复写入 N 次

\}else //copy run, copy n sample

while(n--) //写入接下来的 N 个数据

val = patch\[i++\];

VS\_WR\_Cmd(addr, val);

我们只需要将 patch 存储在程序里面，然后调用 VS\_Load\_Patch，就可以将 patch 加载

到 VS1053 里面，这样便可以修复 VS1053 的 bug（如： WAV 录音的时候，不输出数据流的

bug），或者添加新的功能（如：支持播放 flach、支持频谱显示等）。

得到MP3的播放时间 n sec:

u16 n = VS\_RD\_Reg(SPI\_DECODE\_TIME);

n是个累加值

可以通过写0，重设解码时间：

void VS\_Reset\_DecodeTime(void)

VS\_WR\_Cmd(SPI\_DECODE\_TIME,0x0000);

VS\_WR\_Cmd(SPI\_DECODE\_TIME,0x0000);//操作两次

我们需要在每首歌播放之前把它清空一下，以得到这首歌的准确

解码时间 。

读取VS1053B ram 值的方法：

*   *  先把地址写到 SPI\_WRAMADDR里，
     *  再从SPI\_WRAM读取数据。即是从ram 的 addr 出读取数据。

VS\_WR\_Cmd(SPI\_WRAMADDR, addr);

res=VS\_RD\_Reg(SPI\_WRAM);

设置音频的播放速度:

//设置播放速度

//t:0,1,正常速度;2,2倍速度;3,3倍速度;4,4倍速

void VS\_Set\_Speed(u8 t)

VS\_WR\_Cmd(SPI\_WRAMADDR,0X1E04);        //速度控制地址

while(VS\_DQ==0);                                 //等待空闲

VS\_WR\_Cmd(SPI\_WRAM,t);                         //写入播放速度

正弦测试：

*   *  硬件复位
     *  设置音量
     *  设置测试模式
     *  发送测试指令 0x53 0xef 0x6e n 0x00 0x00 0x00 0x00
     *  发送退出测试指令 0x45 0x78 0x69 0x74 0x00 0x00 0x00 0x00

Ram 测试：

*   *  硬件复位
     *  设置音量
     *  设置测试模式
     *  发送测试指令 0x4d 0xea 0x6d 0x54 0x00 0x00 0x00 0x00
     *  读取 SPI\_HDAT0的值, 如果值为0x83FF，则表明RAM完好。

![20191002220127881.png][]

VS1053B要实现的功能：

获取码率，获取歌曲的时长。

切换歌曲（datasheet 取消播放）

设置功能：设置音量，设置高低频率，高低增益，空间效果等等。

装载patch

总结：VS1053是一款高性能编解码芯片。可解码，也可编码。

通过SPI 传输音频数据 和 命令。

传输数据的时候，使用的是SDI协议格式，

传输命令的时候，使用的是SCI传输格式。

通过SCI传输一些命令，能更改SCI的7个寄存器的值，从而修改这颗芯片的工作模式，工作时钟，功能模式（高低音，音效，音量等等。），读取ram的值，获取音频速率等等。

通过SDI模式，发送音频数据。

VS1053B工作的流程：

1.复位VS1053B

2.配置SCI的寄存器。比如音量，音效，时钟，模式等等。

3. 打需要的补丁。

4. 在DREQ为高有效的时候，进行ram ，正弦的测试。测试通过后，开始发送音频数据。

只要通过SPI接口给VS1053B传输音频数据，它就可以自动的完成解码功能。具体细节查看datasheet.

使用解码芯片需要注意的点：

1.  驱动音频接口，去传输音频。
2.  驱动控制接口去，配置解码芯片。（音频和控制接口，有可能硬件口是一个。有可能是分开的。）
3.  配置解码芯片的项目：音量，音效等等。
4.  获取信息：获取一首歌的总时间 和 播放时间等等
5.  测试：通过一些测试项，去测试硬件。

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[http_www.vlsi.fi_en_support_software_vs10xxpatches.html]: http://www.vlsi.fi/en/support/software/vs10xxpatches.html
[20191002220127881.png]: /images/20230601/4255aae0718e49a4a9a3595b7522dd9d.png