Ниже представлен подробный перевод руководства по модулю Adafruit VS1053 Codec. Для удобства чтения удалены повторяющиеся технические колонтитулы и номера страниц из исходного PDF-файла.

Руководство по модулю Adafruit VS1053 Codec (MP3/AAC/Ogg/MIDI/WAV)

Автор: Bill Earl

Оглавление

1. Обзор
2. Сборка
3. Начало работы — Программное обеспечение VS1053
4. Подключение простого аудиоплеера
5. Аудио подключения
6. MIDI подключения
7. GPIO (Пины общего назначения)
8. Ogg Рекордер
9. Справочник по библиотеке
10. Загрузки и ссылки

1. Обзор

Этот модуль — идеальный компаньон для DSP-кодека VLSI VS1053B. VS1053 может декодировать широкий спектр аудиоформатов, таких как MP3, AAC, Ogg Vorbis, WMA, MIDI, FLAC, WAV (PCM и ADPCM). Его также можно использовать для записи аудио как в PCM (WAV), так и в сжатом формате Ogg Vorbis. Вы можете выполнять различные манипуляции со звуком, например, цифровую регулировку басов, высоких частот и громкости. Также имеются 8 пинов GPIO, которые можно использовать для управления небольшими светодиодами или опроса кнопок.

Вся эта функциональность реализована через легковесный SPI-интерфейс, поэтому практически любой микроконтроллер может воспроизводить аудио с SD-карты. Также существует специальный MIDI-режим, в который можно загрузить чип: он будет считывать «классические» MIDI-данные (31250 бод) через UART-пин и работать как синтезатор/драм-машина (встроены десятки эффектов ударных и сэмплов).

Сам чип сложен в пайке и требует множества дополнительных компонентов, поэтому мы создали лучшую плату-адаптер (breakout), которая идеально подходит для Arduino и других микроконтроллеров, не обладающих вычислительной мощностью для декодирования MP3.

Модуль достаточно тонкий, чтобы поместиться на макетной плате, оставив один ряд отверстий для проводов. На плате установлены регуляторы на 3.3В и 1.8В с ферритовыми фильтрами и аналоговой фильтрацией для качественного звука. Есть порт для микрофона, к которому можно подключить линейный вход или микрофон для записи сжатого аудио. Все 8 пинов GPIO разведены и имеют встроенные подтягивающие резисторы 100 кОм к земле; просто подключите кнопку от пина GPIO к 3.3В для активного высокого уровня.

Для воспроизведения музыки с microSD-карты на модуле установлен слот. Поскольку многие наши клиенты используют 5-вольтовые микроконтроллеры (например, Arduino), все интерфейсные пины сделаны 5-вольтоустойчивыми с помощью преобразователей уровней, что позволяет питать чип и логiku как от 3В, так и от 5В.

• Версии платы: Модули v1.0 поставлялись с двумя электролитическими конденсаторами по 100 мкФ для линейного выхода. В версии v2.0 эти конденсаторы интегрированы прямо на печатную плату.
• В комплект входят штыревые разъемы (0.1") для пайки и бонусный стерео-разъем для наушников.

2. Сборка

Модуль поставляется с уже распаянными и протестированными SMD-компонентами. Для использования на макетной плате вам нужно установить штыревые разъемы.

1. Подготовка разъемов: Отрежьте штыревые линейки по длине и вставьте их длинными ножками вниз в макетную плату.
2. Установка платы: Поместите модуль поверх штырей.
3. Пайка: Припаяйте каждый пин для обеспечения надежного электрического контакта.
4. (Процесс сборки одинаков для версий v1 и v2).

3. Начало работы — Программное обеспечение

Для начала работы скачайте библиотеку Adafruit VS1053 Library.

Скопируйте папку из ZIP-архива в папку Libraries внутри вашей папки скетчей Arduino и переименуйте её в Adafruit_VS1053.

4. Подключение простого аудиоплеера

VS1053 можно настроить как простой аудиоплеер под управлением Arduino. Arduino считывает данные с SD-карты и воспроизводит их через кодек по интерфейсу SPI.

Подготовка макетной платы

Установите модуль на макетную плату так, чтобы с каждой стороны оставался один ряд свободных отверстий. Подключите разъем для наушников, а также питание и землю:

• VCC -> 5V
• GND -> GND

Подключение SPI и Reset

• CLK -> Arduino #13 (Mega #52)
• MISO -> Arduino #12 (Mega #50)
• MOSI -> Arduino #11 (Mega #51)
• CS -> Arduino #10
• RST -> Arduino #9

Остальные цифровые сигналы

• XDCS -> Arduino #8
• SDCS -> Arduino #4
• DREQ -> Arduino #3

Подключение разъема для наушников

• Для версии v2 (с круглыми серебряными конденсаторами):
• AGND -> Центральный 'земляной' пин
• LOUT -> Левый пин
• ROUT -> Правый пин
• Для версии v1:

• GBUF -> Центральный 'земляной' пин
• LOUT -> Левый пин
• ROUT -> Правый пин
• (Примечание: Для v1 такое подключение подходит ТОЛЬКО для наушников, не для активных колонок! Для v2 можно подключать что угодно).

Загрузка MP3 файлов

Скопируйте 2 MP3 файла на microSD карту и назовите их track001.mp3 и track002.mp3. Установите карту в слот модуля. Используйте качественные карты памяти, дешевые безымянные карты могут не работать!

Скетч простого плеера

Подключите Arduino к компьютеру, вставьте наушники.

Перейдите в File -> Examples -> Adafruit_VS1053_Codec -> player_simple. Вы должны услышать MP3 файлы.

Также есть пример player_interrupts, который демонстрирует воспроизведение в фоновом режиме с использованием прерываний, позволяя выполнять другие задачи в скетче во время игры музыки.

5. Аудио подключения

И версии v1, и v2 могут напрямую управлять парой наушников. Просто подключите LOUT и ROUT к левому и правому пинам разъема, а центральный пин — к GBUF (или AGND для v2).

Обе версии могут напрямую управлять аудиоустройствами с дифференциальным входом (например, стереоусилителем Class D на 3.7 Вт). Подключите LOUT и ROUT к L+ и R+, а L- и R- к пинам AGND.

Важно для версии v1: Если вы подключаете v1 к активным колонкам или линейному входу компьютера/стереосистемы, ВЫ ДОЛЖНЫ ИСПОЛЬЗОВАТЬ КОНДЕНСАТОРЫ ИЗ КОМПЛЕКТА! Это полярные электролитические конденсаторы. Подключите положительные (длинные) ножки к пинам LOUT и ROUT, а отрицательные — к пинам L и R разъема/устройства. Центральный пин разъема подключается к AGND.

Для версии v2 эти конденсаторы уже встроены в плату, внешние не нужны.

6. MIDI подключения

С помощью нескольких перемычек плату можно загрузить в режим MIDI. Она будет считывать классические MIDI-данные (31250 бод) через UART и работать как синтезатор/драм-машина.

Настройка для MIDI

• VCC -> 5V, GND -> GND
• GPIO-0 -> GND
• GPIO-1 -> 3.3V
• Rx -> Arduino Digital #2
• RST -> Arduino Digital #9
• Разъем наушников подключается так же, как и в предыдущих примерах (AGND/GBUF, LOUT, ROUT).

Скетч

Загрузите пример: File -> Examples -> Adafruit_VS1053_Codec -> player_miditest. Вы должны услышать повторяющуюся серию восходящих тонов.

7. GPIO (Пины общего назначения)

У VS1053 есть 8 пинов GPIO, которые можно читать и записывать через библиотеку.

1. Подключение: Используйте базовую схему подключения аудиоплеера.
2. Светодиоды: Добавьте перемычку между шинами земли. Подключите светодиоды от пинов GPIO к земле. Длинная ножка (анод) — к GPIO, короткая (катод) — к земле.
• Примечание: В примере скетча светодиоды горят очень короткое время, поэтому токоограничивающие резисторы можно не использовать. Для постоянного использования резисторы обязательны!
3. Скетч: Загрузите player_gpiotest. Вы услышите звуковой сигнал, а затем последовательное мигание светодиодов. В Serial Monitor будут отображаться значения пинов.

• ВНИМАНИЕ: Пины GPIO НЕ рассчитаны на 5В. Не подавайте на них напряжение выше 3.3В.

8. Ogg Рекордер

Скетч record_ogg превращает ваш модуль в записывающее устройство, которое в реальном времени создает файлы в формате OGG на SD-карте.

Подключение

• Питание: VCC -> 5V, GND -> GND
• SPI: SCLK -> #13, MOSI -> #11, MISO -> #12, CS -> #10
• Управление: SDCS -> A0, XDCS -> #8, RST -> #9, DREQ -> A1
• Кнопка Start/Stop (без фиксации): от Arduino #7 к GND
• Электретный микрофон: Подключается согласно схеме из даташита (земля микрофона подключается к аналоговой земле AGND).

• Примечание: Микрофоны очень чувствительны к шумам. Схема, собранная на макетной плате, скорее всего, будет звучать плохо. Для хорошего звука рекомендуется паять на качественной печатной плате.

Плагины (Plug-Ins)

Запись в OGG не поддерживается чипом "из коробки", а реализуется через плагин. Бинарный файл плагина загружается с SD-карты при старте.

• Запись: Нажмите кнопку Start/Stop для начала, нажмите еще раз для остановки. Каждая запись сохраняется в отдельный .ogg файл.
• Воспроизведение: Используйте любой OGG-плеер на компьютере или воспроизведите через VS1053 в режиме простого плеера.

9. Справочник по библиотеке

Класс Adafruit_VS1053_FilePlayer

Наследуется от Adafruit_VS1053 и предоставляет функции высокого уровня для воспроизведения файлов с SD-карты.

Основные методы:

• Adafruit_VS1053_FilePlayer(...) - Конструкторы (для Software SPI и Hardware SPI).
• boolean begin(void) - Инициализация и сброс чипа.
• boolean useInterrupt(uint8_t type) - Выбор прерывания для фонового воспроизведения (TIMER0_INT или PIN_INT).
• boolean startPlayingFile(char* trackname) - Начало воспроизведения файла в фоне (с прерываниями).
• boolean playFullFile(char* trackname) - Воспроизведение файла до конца (блокирующая функция).
• Переменные: currentTrack (текущий файл), playingMusic (флаг воспроизведения).

Класс Adafruit_VS1053

Базовый интерфейс для работы с чипом.

Основные методы:

• begin(), reset(), softReset() - Инициализация и сбросы.
• sciRead(), sciWrite() - Чтение/запись регистров чипа.
• setVolume(uint8_t left, uint8_t right) - Установка громкости.
• playData(), readyForData() - Работа с аудиоданными.
• applyPatch(), loadPlugin() - Загрузка патчей и плагинов.
• GPIO: GPIO_digitalWrite(), GPIO_digitalRead(), GPIO_pinMode().
• Запись: prepareRecordOgg(), startRecordOgg(boolean mic), stopRecordOgg(), recordedWordsWaiting(), recordedReadWord().

10. Загрузки и ссылки

• Библиотека: Adafruit VS1053 Library
• Техническая информация:
• Даташит на чип VS1053B
• Документация по кодировщику/рекордеру Ogg Vorbis
• Application Note по подключению аналоговых выходов
• Габариты: 27.72 мм (1.09") x 58.08 мм (2.28")