Розроблення та дослідження вбудованої системи опрацювання аудіо даних в реальному часі
Автор: Клим Назарій Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Клим Н.І., Головатий А.І. (керівник). Розроблення вбудованої системи опрацювання аудіоданих в реальному часі. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024. Розширена анотація. У магістерській дипломній роботі розроблено вбудовану систему опрацювання аудіоданих в реальному часі на платформі STM32F4-DISCOVERY з 32-розрядним МК ARM Cortex-M4 STM32F407VGT6 [1,2]. Для її розробки використано основні модулі плати STM32F4-DISCOVERY (MEMS-мікрофон MP45DT02, аудіо ЦАП CS43L22). Цифровий MEMS-мікрофон MP45DT02 підключено до модуля I2S2 МК STM32F407VGT6, який налаштовано як ведучий приймач в режимі Half-Duplex для отримання потоку аудіоданих у форматі PDM з мікрофона MP45DT02. Він також генерує тактовий сигнал для вибірки аудіоданих з мікрофона. Використано DMA МК STM32 для передачі аудіоданих з буферів, що дозволило суттєво розвантажити процесор. Периферійний модуль I2S3 МК налаштовано у режимі ведучого передавача і використовується для передачі аудіоданих на зовнішній аудіо ЦАП CS43L22. Периферійний модуль USB МК STM32 налаштовано в режимі хоста. Реалізовано протокол MSC для запису та зчитування аудіоданих з USB-флеш накопичувача. Для управління аудіо ЦАП використано периферійний модуль I2C1 МК STM32. Для моніторингу програм (відтворення або запис) використано кнопки користувача на платі STM32F4-DISCOVERY [3-5]. Створено програмне забезпечення опрацювання аудіоданих на C/C++ з використанням аудіо драйвера BSP_AUDIO для МК STM32F4xx і бібліотеки PDM2PCM. Програмне забезпечення збирає PDM-дані з мікрофона, проводить їх фільтрацію, децимацію, перетворення у формат PCM та зберігає аудіо дані у WAV-файлі на USB-флеш накопичувачі. Об’єкт дослідження – процес опрацювання аудіоданих в реальному часі. Предмет дослідження – методи і засоби опрацювання аудіоданих в режимі реального часу. Мета дослідження – розроблення вбудованої системи на МК STM32, яка в режимі реального часу збирає звукові дані у форматі PDM з цифрового MEMS-мікрофона, проводить їх опрацювання і перетворення у стандартний звуковий формат PCM з використанням бібліотеки PDM2PCM. Магістерська кваліфікаційна робота виконана за тематикою кафедри, яка стосується проектування та програмування інтелектуальних систем і пристроїв з використанням MEMS - сенсорів. Результати досліджень магістерської роботи пройшли апробацію на 82-й студентській науково-технічній конференції Національного університету «Львівська політехніка», 14 жовтня - 08 листопада і на міжнародній конференції CADMD’2024, 28 - 30 листопада, Львів, Україна). За підсумками конференції опубліковано тези доповідей: Назарій Клим. Розроблення вбудованої системи збору та опрацювання аудіоданих в реальному часі. // 82-а студентська науково-технічна конференція НУ «Львівська політехніка». 14 жовтня - 8 листопада 2024, Львів, Україна, 2 с. Andriy Holovatyy, Andrzej Lukaszewicz, Sofia Holovata, Nazariy Klym, Kostyantyn Kolesnyk. Development of Embedded System for Real-Time Audio Acquisition and Processing Based on STM32 Microcontroller. // XXXII International Conference. CAD in Machinery Design Implementation and Educational Issues. 28 - 30 November 2024, Lviv, Ukraine, 6 p. Ключові слова: вбудована система реального часу, аудіодані, плата STM32F407G-DISC1, МК STM32F407VGT6, MEMS, цифровий ST-MEMS мікрофон MP45DT02, аудіо ЦАП CS43L22, РК-дисплей WH1602B-NYG-CT, модуляція PDM, модуляція PCM, формат аудіофайлу WAV. Перелік використаних літературних джерел. Carmine Noviello. Mastering STM32 – 2nd Edition. A step-by-step guide to the most complete ARM Cortex-M platform, using the official STM32Cube development environment, Lean Publishing, 2018, p. 852. Електронний ресурс UM1472 User manual. Discovery kit with STM32F407VG MCU. [Режим доступу]: https://www.st.com/resource/en/user_manual/um1472-discovery-kit-with-stm32f407vg-mcu-stmicroelectronics.pdf. Електронний ресурс AN3997. Audio playback and recording using the STM32F4DISCOVERY. [Режим доступу]: https://www.st.com/resource/en/application_note/an3997-audio-playback-and-recording-using-the-stm32f4discovery-stmicroelectronics.pdf. Електронний ресурс AN3998. PDM audio software decoding on STM32 microcontrollers. [Режим доступу]: https://www.st.com/resource/en/application_note/an3998-pdm-audio-software-decoding-on-stm32-microcontrollers-stmicroelectronics.pdf. Електронний ресурс AN5027. Interfacing PDM digital microphones using STM32 MCUs and MPUs. [Режим доступу]: https://www.st.com/resource/en/application_note/an5027-interfacing-pdm-digital-microphones-using-stm32-mcus-and-mpus-stmicroelectronics.pdf.