做DAC？拥抱STM8单片机……吧

丰年好大雪

好多眼下新型的DAC总有奇奇怪怪的功能需要一个软控去做，洒家因为业余时间设计这玩意一直用软控，已经习惯了，从早年用8051折腾DF1706、PMD200和CS4398这些老古董，到现在的STM8折腾AK4499、ES9038。
我一直觉得这些厂家没做出什么像样的好东西，音质没见好听到哪里去，功能倒是越来越复杂。前不久知道一个音响行业的朋友设计新品，光控制DAC的解决方案，就让深圳的山寨团队骗了5万多，就用一个国产51。我都惊呆了，我说你早没认识我，认识我把这钱给我多好……。

所以呢，我觉得做音响、做功放，和编程开发单片机之间确实有个大鸿沟，对许多朋友是个门槛。我推荐个单片机好了，STM8，这个ST意法半导体做的8位单片机非常好用，虽然没有51那么多例程，但开发的套件都非常便宜，入门也不难，下面就告诉大家怎么玩。

首先你需要买STM8，我个人习惯用STM8S103或003，103高端一点，几块钱一个，内存多几K，固件刷写无限次，003就便宜，一块多一个，内存少，据说刷写有次数，有点类似冈本003，一次性的。其实003我用了那么多个，2014年做的板子现在继续刷写也没遇上什么问题。

然后你需要一个ST-Link的USB Dongle，这个东西淘宝买国产仿制品没问题的，也很便宜，几十块钱。

这就齐活了，下面就是做板子。如果这是你首个板子，我建议你做10x10以内的，用一两个类似CS4398、AK4490这种老古董做DAC，做坏了也不心疼。DAC版图配置成软件控制模式，然后把SPI或IIC接口接两个10k上拉电阻，直接接到STM8的SPI或IIC接口上去。STM8这东西好用就好用在芯片上已经设置了这些硬件接口，编程时可以直接使用STM8的官方驱动套料，就是那个STM8S Standard Peripherals Driver，这东西其实就是一堆现成的库文件和相关的外设、中断要用到的c语言组件。有这些东西，然后你自己写一个主程序，调用哪些功能，就把Lib库文件加进去，然后把相关的c组件加进程序的project里面就行了。

STM8这东西虽然小，功能非常全，官方驱动外设有：GPIO端口设置、片载ADC、自动唤醒、蜂鸣器驱动、Can总线、IIC总线、SPI总线、各种片载时钟的中断、各种看门狗、UART总线、读写外置FLASH这些东西。如果你仅仅纯粹是为了折腾DAC，基本上只需要这里面的GPIO端口设置（比如外接按钮、旋转编码器、电位器）、SPI或IIC总线（读写DAC或显示屏、其他芯片的状态）、初级的时钟设置（配置STM8自己的运行频率），再高端一点的朋友可以使用中断，STM8的中断配置略微复杂，以后再说，但中断很有用，比如可以外接按钮、旋转编码器什么的。

举个例子，我要控制AK4497这个DAC，那整个工程是这样的：
1·开机上电后，单片机初始化一下自己的内部时钟，同时可以配置一下外围GPIO端口（单片机的引脚都是可以设置功能的），懒惰的可以不管，我自己习惯用一根引脚去驱动DAC芯片的复位脚，一根引脚去控制一个NPN三极管控制静音继电器。开机后所有引脚默认是内部开路，如果你都外接了10K电阻到3.3V或5V，那这根引脚开机后就是高电位，控制DAC复位的可以不管他，控制静音继电器的需要考虑一下逻辑，需要多加一个三极管去把继电器控制三极管的基极给短路到地。

2·写一个延时小程序，让单片机延时0.3-0.5秒就行，这时基本上模拟电路、数字电路的上电都完成了。

3·然后把那根控制DAC复位脚的引脚给下拉，再上拉一下，因为DAC芯片上电后，复位脚都需要有一个上拉的动作才行，否则随着上电过程，复位脚和供电脚一起电位升上去，大多数DAC会没反应，我们有了单片机，就不需要用笨拙的RC延时电路了。

4·DAC就可以开始往寄存器里写东西了。这里如果你用IIC控制，就先发送IIC开始位，IIC用两线控制，通知目标芯片我要写你的方式是时钟线下拉，数据线再下拉。AK449X系列的DAC的IIC识别码都是00100，然后后边接XXX三位，这三位数字前两位对应芯片上的硬件编码脚位，接地是0，接3.3V数字电就是1，00-11可以设置成4个，也就是说一个IIC总线上你可以同时控制4个AK4497，通常情况下做两片的mono模式，分别设计成00和01就行，最后一位是读写位，0是写，1是读取。如果AK4497只使用一片，那这个握手码就是00100000，写成16进制就是0x20。
SPI端口通过三线控制，其中有一个latch下拉信号脚位通知目标芯片“我要写你了”，所以直接写寄存器号+设置bit位就行。

5.握手之后，写寄存器。AK4497因为有自动识别解析度功能，比如16-32bit，44-768khz，都可以自动识别，虽然开了这个功能会降低3db的信噪比吧……，但鉴于100db以上信噪比都是信仰，还是开了省事。于是你写入：
  0x01号寄存器写0x02，功能是打开4497的Fast sharp滤波器，这个位也可以不写，那样就是使用4497默认的短延迟快切滤波器。
  0x08号寄存器写0x0C，功能是打开4497的重负载模式，使用这个模式的原因是4497可以在这个模式下驱动低达100欧的负载，我自己做的电流负反馈分立放大器输入阻抗不高，打开了好一点。然后打开Sound Setting的bit2，据谣言说这个位音质好，我反正没听出来。
  前两个寄存器都可以不写，看个人爱好。
  最重要的就是写0x00号寄存器，AK4497软件模式开机后默认是在软挂起状态的，这个寄存器负责开启芯片。这个寄存器写0x9F，功能是开启主时钟MCLK自动识别、采样率自动识别、输入格式32bit IIS格式、芯片启动。
  至此，芯片运转了，出声了。

6·然后STM8控制继电器的那个腿子设置成开漏输出，并在那根脚的ODR寄存器（输出数据寄存器）里写1，这样那根脚就接地了。这根脚接地，控制的那个NPN管集电极、射极就不通了，集电极上连接的上拉电位就升上去了，它一上升，就让控制继电器的NPN管导通，形成回路，继电器“咯”的一声就导通了。

  在不搞什么通过DAC内置音量、指示灯、外置按钮的幺蛾子情况下，基本这个DAC板就能正常播放PCM了。而且各种码率都通。
   播放DSD还是需要设置一下。AK4497不像AK4499、ES9038能具备自动识别DSD信号的能力，这个时候你就需要从DAC前端的ASRC或USB界面上引一个DSD触发信号过来，利用高级一点的中断功能，检测到DSD触发信号变化，立刻断开静音继电器（PCM/DSD切换会有可怕的噪音），然后写AK4497的0x02寄存器的bit7就是DSD Play位，开启DSD功能，然后0x06寄存器的DDM位打开，这个位是DSD无信号自动静音，很有用，然后DSDD位是旁路掉AK4497的DSD音量控制功能，如果你做纯解码器，或者做一体机，前级放大电路有外置的电位器，可以打开这个功能，提高一丁点儿性能，然后DSDSEL位要写入你DSD信号的码率，可惜AK4497不能自动识别DSD码率，写错了声音会变渣。然后再把0x00寄存器的Reset位写一下0，再写一下1（AK4497切换DSD需要重启一下）。
   然后再把静音继电器接通，OK了。

main程序源码给大家看看。

#define stm8s003
#include <stm8s.h>
#include <stm8s003f3p.h>
#include <stm8s_i2c.h>
#include <stm8s_clk.h>
#include <stm8s_gpio.h>

#define AK4497AD 0x20

void delay_100ms(void)
{
  unsigned char i,j;

  for(i=0;i<255;i++)//2*255个指令周期

    for(j=0;j<255;j++);//2*255个指令周期

}

void Mute_release(void)
{
  //PD_ODR_ODR4 = 1;
  PD_ODR = 0xFF;

}

uint8_t I2C_Write(uint8_t address,uint8_t data)

{
        while(I2C_GetFlagStatus( I2C_FLAG_BUSBUSY));
  
        I2C_GenerateSTART( ENABLE);//开启I2C1  
        while(!I2C_CheckEvent( I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));/*EV5,主模式*/  
  
        I2C_Send7bitAddress(AK4497AD, I2C_DIRECTION_TX );//器件地址 -- 默认0xD0  
        while(!I2C_CheckEvent( I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));  
  
        I2C_SendData(address);//寄存器地址  
        while (!I2C_CheckEvent( I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));  
  
        I2C_SendData(data);//发送数据  
        while (!I2C_CheckEvent( I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));  
        I2C_AcknowledgeConfig(ENABLE);  
  
        I2C_GenerateSTOP( ENABLE);//关闭I2C1总线
}

void Sys_Init(void)
{
        CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);
        I2C_Cmd(DISABLE);
        GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_OUT_OD_LOW_FAST);
        I2C_Init(100000, 0xA0, I2C_DUTYCYCLE_2, I2C_ACK_CURR, I2C_ADDMODE_7BIT, 0x08);
        I2C_Cmd(ENABLE);

}

int main( void )
{
        Sys_Init();

  delay_100ms();
        delay_100ms();
        delay_100ms();
        delay_100ms();
        delay_100ms();
   I2C_Write(0x01,0x02);//CS4398替换成0x02,0x10 --IIS 24bit;
   I2C_Write(0x08,0x0C);//CS4398替换成0x08,0x00 --清零开始工作;
   I2C_Write(0x00,0x9F);
        delay_100ms();
  Mute_release();
while(1);
}

#ifdef USE_FULL_ASSERT  
void assert_failed(u8* file, u32 line)  
{  
  while (1)  
  {  
  }  
}  
#endif  


这是一个很简单的应用，希望大家都能对自己有点信心，C语言并不难，有两个月就能掌握，因为控制DAC实在太简单，这个程序也没有需要用到中断、指针、数组之类的东西，所以大家利用业余时间搞起来吧。

丰年好大雪

个别讲究的网友可能担心数字电路窜入的噪音，这个时候你就可以用STM8的低能耗关机功能，开启DAC后就自己关掉片载晶振，然后关机进入低能耗状态，或者使用IIC端口数字隔离器（推荐）彻底隔离掉数字电路。

cddiy1981

好帖，对初入单片机编程的人挺有帮助的。感觉玩hifi的还是搞硬件的人偏多，对软件和编程比较陌生

惠州创客

老了，不想学了。

等离子

非常好！

naturey2000

楼主你可以出套件，大家用起来就简单了，很多人都会需要。

fleetwood

讲得非常好

592657820

终于有人讲软控了，支持下

iamlhf

讲的很好，但是年纪大了真的学不动了

huxinhui1818

虽然不太懂程序，但还是为你的无私奉献点赞。

gqhsy

楼主辛苦了！

aepub

逻辑清晰，好文章，有点心动想折腾了！

my5abc

做软件的非常多 但做音频方面又是发烧友的比较少  我曾经也想找人帮我做一个相关简单的软控 但一听报价就算了 比较佩服楼主

TABK

这种io口隔离 ，i2c隔离，就是，世上本无事，庸人自扰之。

thxbuaasz

这个得支持，单一功能确实不是太难，有点基础的完全可以自学。

cxa1238

LZ,我想玩下STM32数播，就WAV、APE、FLAC就行，用哪个型号好？

夜如风

说的很详细，门外汉看了都有了大概的思路方向。

梦里清风

无私！点赞！学习！

swing

考虑DIR，代码复杂度增加3倍，考虑UI，代码再复杂5倍，5w是略高了，如果是全套方案，确保指标能排在同芯片TOP10的话也不算太离谱，
当年跟着视频学AD画PCB也就一个月，真到实操的时候，每布一条线都觉得不对劲，简单板子都能改个N个版，
跟着原子哥学STM32也是1个月，然后自己写代码要跟着PCB调整，来回还要四五次，意思PCB打样没4~5次自己都看不过去，大概这个样子

丰年好大雪

TABK 发表于 2021-6-18 15:26
这种io口隔离 ，i2c隔离，就是，世上本无事，庸人自扰之。

传统解码器多数接收的是SPDIF信号，本质上是单一频率的高频数字信号，使用地线分割就基本可以防止噪音窜入了。但现在的新型DAC大多数都有USB、蓝牙界面，这些新前端的问题就是噪音或从电脑USB口地线窜入，或者本身就是一个射频干扰源，如果不使用数字隔离器，单纯地线分割是不够的，板上任意一点都能测到顺着地线或信号线爬来的大量高频噪音。

当然你可以说，这些高频噪音是听不到的，但带宽动辄几百Mhz的电子元器件可以听到，这就比较糟糕了。