纯单片机做的DSD播放器，历时一年，从数字转盘到播放器，从PCM到DSD

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 17:25

潜水很久，看大神们的神作，心向往之。
突然就想自己也做一个，于是从去年5月份开始，走上了自己做一个播放器的坎坷道路。

最初做的是一个数字转盘，用 WM8805 作为 SPDIF 输出，因为之前一直用 PC 播放，有个 DAC 解码器，可以直接用。
存储采用 TF 卡，最容易获得。
选择 STM32 单片机方案，因为自己之前接触过 STM32，做过一个不成功的小器件。

历时 3 个月，用 STM32F407、WM8805 实现了 TF 卡播放 WAV、APE、FLAC，其中 WAV 最高支持 24bit/192K 播放。
接上 DAC 听了一段时间，音质已经非常不错，但问题也逐渐出来了：歌曲切换时有啪的一声，开机有啪的一声，关机有啪的一声。

什么情况？

泡论坛，学习了解更多的音源、DAC 等技术原理，意识到 DAC、转盘及所有相关组件之间，存在相互依赖相互协同配合的问题；另外，不同的DAC 设计实现的细节处理也会影响到最终的音乐呈现。

通过一些技术手段，基本消除了相同采样率音乐切换时的爆音，但是不同采样率切换时，爆音依旧。
本来好好地听着悦耳的声音，突然啪的一声，立马性味索然。

看样子，要消除这恼人的爆音问题，需要改头换面，需要彻底控制整个数字播放、数字模拟转换以及转换为模拟之后的所有相关环节。

一不做二不休，直接做一个播放器，I2S - DAC - LPF - RCA/耳机输出全过程控制，哪里有爆音，就解决哪里的问题。

经过 9 个月的慢工细磨，终于完成了一个基本满意的播放器。
在整个 DIY 的过程中，不仅解决了之前想解决的问题，还逐渐实现和完善了之前没有想过的功能：DSD 格式直接解码播放：

到今天为止，基本达到之前的期望：
开机无噪音；
切歌无噪音；
直接关电源有轻微噪音；
WAV支持 24bit/192K；
FLAC支持 24bit/192K；
APE最高支持 24bit/96K；
DSF支持 DSD64、DSD128；
DIFF支持 DSD64、DSD128；
DSD-ISO支持 DSD64、DSD128；

播放器关键部件：STM32F407、CS4398。

结果还行，过程漫长，从开始到现在，从数字转盘到播放器，从 PCM 到 DSD，碰到很多问题，也解决了很多问题。

先从数字转盘说起吧。

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 17:44

还有很多飞线，按照我老婆的说法，这个叫八爪鱼。

已经好很多了，最初用最小系统和各种洞洞板搭原型系统时，那都不是八爪鱼，那是八十八爪鱼。

czy888 · 发表于 2015-5-19 17:49

本帖最后由 czy888 于 2015-5-19 17:50 编辑

jialong0926 发表于 2015-5-19 17:44
还有很多飞线，按照我老婆的说法，这个叫八爪鱼。

已经好很多了，最初用最小系统和各种洞洞板搭原型系统 ...

等下文！另外机箱在哪里搞的？请PM。谢谢！

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 17:53

说数字转盘之前，先打个基础，没有这个基础，也不会想着做后面的东西了。

之前做的一个不成功的器件，是一个机械式灰镜。就是摄影时用的灰镜，只是用电子机械的方式模拟实现玻璃灰镜的功能。

单片机、电机、各种驱动芯片一起上，折腾了 3 个月，发现这不是一个可以实现的目标。灰溜溜收工。

做这个小玩意，逐渐了解了 STM8S 单片机、软件开发环境、LCD 显示、字库、电路板设计等等，边玩边学，多少也掌握一二。

t123yh · 发表于 2015-5-19 17:59

支持，能达到这种级别相当不易啊

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 18:24

开始说数字转盘的事情。

最开始当然是搭建原型系统，最小系统 + 洞洞板 + 杜邦线 + 各种芯片。

主芯片：STM32F407
遥控和键盘输入控制芯片：STM8S
I2S转SPDIF：WM8805

逛论坛，向前辈学习各种格式文件解码、各种频率生成方法、如何让主芯片专注、让副芯片辅助。
各种问题一个个学习，I2S、SPI、SPDIF、电源、晶振。。。。。。
音乐格式从WAV开始，然后FLAC、APE，然后 CUE，然后怎么在一个合并文件中跳到特定的音轨。。。。。。
jitter、失真、爆音。。。。。

16bit、44.1K，最开始发出声音时，简直不敢相信。

由于参数设置错误，变慢或者变快，像老牛一样的声音、像洋娃娃一样的声音，又好笑又好气；
24bit怎么都是噪音，一会儿以为是面包板接触不良，一会儿以为是寄存器控制问题，最后实际是字节顺序和填充问题；
稳定性问题，一会儿好，一会儿不好，噪音时有时无，问题找不到，抓狂。最后发现面包板、连线质量才是罪魁祸首，从此永远不用面包板！
LCD显示，烧了几块LCD屏，原因是线接的不对。显示时好时坏，最后发现是CS信号没有加下拉的问题；
切歌会爆音，把CD机拿来用示波器测波形，最后通过中间插全0数据消除，但是不同采样率切换时，避免不了，无奈。

现在回想当初，坚持下来的唯一理由可能是听到第一次发声时的惊喜和激励，相信问题一定会有，也应该可以一个个解决。
DIY的乐趣就在这里吧。万事顺利的话，反而会索然无味了！

2个月后，八十八爪鱼版的原型系统总算基本可以播放了。

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 19:16

不能一直八十八爪鱼，好在 2014 年 PCB 打样那是相当便宜。
PCB 打样要画原理图、布线图，好在之前做电机控制已经打下一些基础。

但是，现实永远比期望骨感。
第一块板子打样回来后，焊接（100脚的LQFP真不好焊）、测试，有声音、有噪音、无显示。

观察、分析、纠结近一周时间，最终问题原因归结到走线、信号串扰等，实际问题是什么直到现在也不清楚。

那段时间，还是比较沮丧的，感觉越接近目标，问题越多，困难越大。

继续做下去？还是像之前的机械灰镜一样灰溜溜撤退？

静下心来，分析了之前碰到的问题：
1、切歌噪音，当时的方案是解决不了的
2、当时的方案，读 TF 卡、I2S 输出、显示都在主芯片中完成，不纯粹，无法兼顾音乐播放和显示之间的协调。确保音乐播放，就会使得显示的效果受到限制。

加上逐渐接触了 DAC 后，感觉可以集成 DAC 功能，这样的话，可以控制从 I2S 到模拟输出之间的所有环节，不需要依赖任何外部条件。

从根本上改变原来的目标？从结构上改变原来的设计？继续折腾？

gtmaker · 发表于 2015-5-19 19:16

高人啊，多上点图片。

gtmaker · 发表于 2015-5-19 19:18

有可能的话，详细讲解编程过程。我学习单片机也能找个方向。

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 19:26

这个是数字转盘的原理图，因为各种原因，做到0.1版本就改弦易张了。

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 19:33

t123yh 发表于 2015-5-19 17:59
支持，能达到这种级别相当不易啊

做的时候有时候确实想放弃，尤其是碰到一些似乎无从下手的问题时，有硬件问题，也有软件问题。

好在低落一阵、沮丧几天后，硬着头皮坚持，解决掉也好、绕过去也好，这些问题都不再是问题了。

有时候钻牛角尖一直难以自拔，反而是放下不再想后，却突然灵感闪现，问题迎刃而解。

谢谢理解！

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 19:41

gtmaker 发表于 2015-5-19 19:16
高人啊，多上点图片。

争取多上图。
各种版本，原始的，成熟的；为什么原始，怎么逐渐成熟的。
各种配件，用过不用的，最后选中的；为什么会用，为什么用了又不用。
各种开发环境，各种辅助软件。截图！
各种辅助工具，电烙铁、热风枪、示波器、逻辑分析仪、电子显微镜。。。。。。

东西不少，不过还算比较理性，能二手就二手（比如示波器）；能便宜就便宜（比如逻辑分析仪、热风枪）。

高人之称实在不敢担当啊

布朗早春 · 发表于 2015-5-19 20:12

支持楼主的开发，人多力量大，有什么问题在论坛应该都能找到解决办法。
期待楼主第一版产品早日上市。

jialong0926 · 发表于 2015-5-19 20:15

本帖最后由 jialong0926 于 2015-5-19 20:18 编辑

感谢万能的淘宝。

说实话，上海确实不是一个做电子类 DIY 的好地方，各种元器件、配件还是深圳比较齐全并且价格合理。
有些配件找遍上海也难觅踪影，好不容易找到一家，贵，谈了半天，最后告知：这个上海没有现货，要从深圳发货，没问题吧？
早说啊，费那么大劲，还是兜回去深圳了！

好在有淘宝，只有想不到，没有买不到。

只是深圳到上海快递要3天，时间长，快递费也不少。

后面展示的各种工具，大部分来自遥远的南方。