单片机与BY8301-16P语音模块串口通信详解：实现指定音频播放功能

一、串口语音模块

这里我们使用的具体型号是：CH32V307VCT6开发板和BY8301-16P 语音模块。

以下是BY8301-16P语音模块的一些主要特点：

• 高品质音频播放： 支持MP3和WAV两种主流音频格式解码，提供高品质的声音输出。具有24位DAC输出，支持90dB的动态范围和85dB的信噪比（SNR）。

• 内置存储介质： 内置SPI-FLASH作为存储介质，通常有4MB（32Mbit）或更大的容量，最大可支持16M Byte容量的SPI FLASH（例如GD25Q128）。

• 方便的音频更新： 配有Micro USB接口，无需上位机软件，可以直接通过数据线连接电脑（支持XP和WIN7系统）自由更换FLASH中的音频内容，操作简便。

• 集成功放： 模块内置3W功放，可以直接驱动3W/4Ω或2W/8Ω的喇叭，方便使用，无需额外添加功放电路。

• 多种控制方式：

• IO口触发播放： 支持21段语音一对一触发播放，通过3个IO口（A、B、C）配合3.3K电阻接地或不接，可以选择8种硬件触发模式，应用广泛。

• UART异步串口控制： 内置标准UART异步串口接口（3.3V TTL电平），可以通过串口命令进行播放、暂停、上下曲、音量加减、选曲播放、广告插播等操作。这使得它可以通过单片机、电脑串口等进行灵活控制。

• 内置记忆功能： 支持音量、曲目、EQ（均衡器）掉电记忆功能。

• 小巧封装： 采用标准的2.54mm间距DIP16封装，体积小巧，方便集成到各种产品中。

• 宽电压供电： 工作电压范围为3.6V-5V，推荐值4.2V。

模块引脚原理图：



引脚编号	引脚名称	功能描述
1	SPK2	喇叭输出2（直接连接喇叭的一个引脚，与SPK1组成差分输出）
2	SPK1	喇叭输出1（直接连接喇叭的另一个引脚，与SPK2组成差分输出）
3	DACL	左声道音频数据输入（通常用于连接外部DAC，如果模块内置DAC则可能不常用）
4	DACR	右声道音频数据输入（通常用于连接外部DAC，如果模块内置DAC则可能不常用）
5	PLAY_LED	播放指示灯，停止常亮，播放闪烁（输出高电平，LED 负极接地）
6	VCC	电源输入（模块的工作电压，通常为3.6V-5V）
7	TX	串口发送信号（UART异步串口的发送端，用于向外部设备发送数据）
8	RX	串口接收信号（UART异步串口的接收端，用于接收外部设备发送的数据）
9	BUSY	系统忙碌信号（当模块正在播放音频时，此引脚会输出特定的电平状态，指示模块处于忙碌状态）
10	IO6	通用输入输出6（可配置为输入或输出，用于触发播放、模式选择或其他自定义功能）
11	IO5	通用输入输出5（可配置为输入或输出，用于触发播放、模式选择或其他自定义功能）
12	IO4	通用输入输出4（可配置为输入或输出，用于触发播放、模式选择或其他自定义功能）
13	IO3	通用输入输出3（可配置为输入或输出，用于触发播放、模式选择或其他自定义功能）
14	IO2	通用输入输出2（可配置为输入或输出，用于触发播放、模式选择或其他自定义功能）
15	IO1	通用输入输出1（可配置为输入或输出，用于触发播放、模式选择或其他自定义功能）
16	GND	地线（电源的负极，与VCC共同为模块供电）

二、基础知识

1、引脚连接

BY8301-16P语音模块采用标准的UART异步串口接口（3.3V TTL电平）进行通信。这里我们使用CH32的串口三进行串口通信：

BY8301-16P 语音模块引脚	CH32 微控制器引脚/功能	功能描述
SPK1	单声道无源喇叭	连接喇叭的一个引脚，与SPK2共同驱动喇叭发声。
SPK2	单声道无源喇叭	连接喇叭的另一个引脚，与SPK1共同驱动喇叭发声。
VCC	CH32 3.3V 输出	为BY8301-16P模块提供3.3V电源。
GND	CH32 GND 输出	BY8301-16P模块的接地端。
RX	CH32 PB10	BY8301-16P模块的串口接收引脚，连接到CH32的PB10，用于接收CH32发送的控制命令。

2、通信协议

• 数据格式：通信数据格式为1个起始位、8个数据位、无奇偶校验位和1个停止位。

• 控制功能：通过串口命令，可以实现播放、暂停、上下曲切换、音量调节等多种操作。

3、命令结构

• 格式：所有命令都遵循特定的十六进制格式：起始码、长度、操作码、参数1、参数2、校验和、结束码。

• 校验和：校验和通过异或（XOR）运算计算，用于确保数据传输的完整性。

4、主要控制命令

模块支持一系列控制命令，包括：

• 播放 (0x01)：启动音频播放。

• 暂停 (0x02)：暂停当前播放。

• 音量调节 (0x05/0x06)：增加或减小音量。

• 曲目选择 (0x41)：选择特定曲目进行播放。

• 设备切换 (0x35)：如果连接了多个设备，可以切换播放源。

5、查询命令

模块还允许您查询其状态：

• 播放状态 (0x10)：返回当前的播放状态（例如，正在播放、已暂停、已停止）。

• 其他查询：您还可以查询当前的音量、均衡器模式以及文件夹中的歌曲数量。

6、重要注意事项

• 命令间隔：发送连续命令时，确保每个命令之间至少有20毫秒的间隔。

• 组合播放命令：对于组合播放命令，间隔应小于6毫秒。

三、通信程序

1、 Usart3_Init() 串口三初始化函数

配置CH32微控制器的USART3（通用同步/异步收发器3）进行串口通信。以下是代码的详细分解：

void Usart3_Init()

{

    //结构体定义

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;

    //时钟使能

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3 , ENABLE);

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);

    //GPIO 引脚配置

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    //USART3 参数配置

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;

    USART_Init(USART3, &USART_InitStructure);

    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    //中断配置

     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;

     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

     NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    //使能 USART 和清除标志位

     USART_Cmd(USART3, ENABLE);

     USART_ClearFlag(USART3,USART_FLAG_TC);//清空串口3的发送标志位

}

结构体定义

这里定义了三个结构体变量，分别用于配置：

GPIO_InitStructure：GPIO引脚。

USART_InitStructure：USART3模块。

NVIC_InitStructure：嵌套向量中断控制器，用于中断配置。

时钟使能

这两行代码的作用是使能相关外设的时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3 , ENABLE);：使能USART3模块的时钟。USART3挂载在APB1总线上。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);：使能GPIOB端口的时钟。USART3的引脚（PB10和PB11）位于GPIOB端口。

GPIO 引脚配置

这段代码配置了GPIOB的PB10引脚用于USART3通信：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;：指定要配置的引脚是PB10。

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;：设置引脚的输出速度为50MHz，这对于高速串口通信是常见的设置。

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;：将引脚模式设置为复用推挽输出。对于USART，TX（发送）引脚通常需要配置为复用推挽输出。

USART3 参数配置

这段代码配置了USART3的通信参数：

USART_BaudRate = 9600;：设置波特率为9600bps。这是BY8301-16P语音模块的常用波特率。

USART_WordLength = USART_WordLength_8b;：设置数据字长为8位。

USART_StopBits = USART_StopBits_1;：设置停止位为1位。

USART_Parity = USART_Parity_No;：禁用奇偶校验。

USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;：禁用硬件流控制。

USART_Mode = USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;：使能USART3的发送和接收功能

中断配置

这段代码配置了USART3的接收中断：

USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);：使能USART3的接收非空中断。这意味着当接收缓冲区有新的数据时，会触发中断。

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;：指定中断通道为USART3的中断。

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;：设置抢占优先级为1。

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;：设置子优先级为1。

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;：使能USART3中断。

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);：初始化NVIC

使能 USART 和清除标志位

USART_Cmd(USART3, ENABLE);：使能USART3模块，使其开始工作。

USART_ClearFlag(USART3,USART_FLAG_TC);：清除USART3的发送完成标志位。这通常在发送数据之前或发送数据后进行，以确保发送状态的正确性

2、 audio_proc():语音处理函数

通过USART3（串口3）向BY8301-16P语音模块发送命令，播放指定编号的音频文件。

void audio_proc(uint8_t num)

{

    // 定义一个包含串口发送命令的字节数组

    uint8_t string[]={0x7E,0x05,0x41,0x00,num,0x05^0x41^0x00^num,0xEF};

    uint8_t i = 0; // 循环计数器

    for(i=0;i<7;i++) // 循环发送7个字节的命令

    {

        USART_SendData(USART3, string[i]); // 发送当前字节

        // 等待发送完成标志位被置位，确保当前字节发送完毕才发送下一个字节

        while(  USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC)==0 );

    }

}

1. 、函数声明

• void audio_proc(uint8_t num):

• void: 表示函数没有返回值。

• audio_proc: 函数名称，表示“音频处理”或“播放音频”。

• uint8_t num: 函数接收一个名为 num 的无符号8位整数作为参数。这个 num 就是你想要播放的音频文件在模块内部的编号。

2. 定义串口发送命令数组

• uint8_t string[]={0x7E,0x05,0x41,0x00,num,0x05^0x41^0x00^num,0xEF};
  这行代码定义了一个字节数组 string，它包含了发送给BY8301-16P语音模块的串口命令。根据之前对BY8301-16P串口通信协议的了解，这是一个标准的**“选曲播放”**命令。让我们逐个分析这些字节：

• 
  

• 0x7E: 起始码 (Start Code)。所有命令的开始字节。

• 0x05: 长度 (Length)。表示从“长度”到“校验码”之间的字节数。这里是 0x05，0x41, 0x00, num，0x05^0x41^0x00^num，共5个字节。所以实际长度是 5字节。

• 0x41: 操作码 (Operation Code)。根据手册，0x41 是“选曲播放”命令的操作码。

• 0x00: 参数1 (Parameter 1)。在选曲播放命令中，这个通常表示文件夹编号。0x00 通常代表根目录或不区分文件夹。

• num: 参数2 (Parameter 2)。这就是传入函数的音频文件编号。例如，如果 num 是1，模块会播放编号为1的音频文件。

• 0x05^0x41^0x00^num: 校验和 (Checksum)。这是从“长度”字节开始到“参数2”的所有字节的异或和。0x05（长度）^ 0x41（操作码）^ 0x00（参数1）^ num（参数2）。校验和用于验证数据传输的完整性。

• 0xEF: 结束码 (End Code)。所有命令的结束字节。

3. 循环发送字节

• uint8_t i = 0;：定义一个循环计数器 i，初始化为0。

• for(i=0;i<7;i++): 这是一个 for 循环，将迭代7次。由于 string 数组有7个字节，这个循环会逐个发送 string 数组中的所有字节。

• USART_SendData(USART3, string[i]);: 在每次循环中，这行代码将 string 数组中的当前字节 (string[i]) 发送给 USART3。

• while( USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC)==0 );: 这是一个阻塞等待循环。

• USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC): 这个函数用于检查 USART3 的 发送完成标志位 (Transmission Complete flag)。当 USART3 成功发送完一个字节的数据后，这个标志位会被置位。

• ==0: 表示标志位没有被置位（即发送尚未完成）。

• while(...): 只要 USART_FLAG_TC 标志位为0，程序就会一直停在这个 while 循环中，等待当前字节发送完毕。这样做的目的是确保每个字节都完全发送出去之后，才发送下一个字节，避免数据混乱或丢失。

4、总结作用：

audio_proc 函数的作用是：

1. 根据传入的 num 值（音频文件编号），构造一个完整的BY8301-16P语音模块的“选曲播放”命令帧。

2. 通过USART3（串口3）将这个命令帧中的每一个字节逐个发送出去。

3. 在发送每个字节后，会等待直到该字节完全发送完成，才继续发送下一个字节，确保数据的正确传输。

简单来说，调用 audio_proc(5); 就会尝试让BY8301-16P语音模块播放编号为5的音频文件。

3、audio_volume():音量设置函数


其主要目的是通过USART3（串口3）向BY8301-16P语音模块发送命令，用于设置播放音量。

void audio_volume(u8 volume)

{

    // 定义一个包含串口发送命令的字节数组

    u8 string[]={0x7e,0x04,0x31,volume,0x04^0x31^yinliang,0xef};




    u8 i; // 循环计数器

    for(i=0;i<6;i++) // 循环发送6个字节的命令

    {

        USART_SendData(USART3,string[i]); // 发送当前字节

        // 等待发送完成标志位被置位，确保当前字节发送完毕才发送下一个字节

        while(  USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC)==0 );

    }

}




简单来说，调用 audio_volume(20); 就会尝试将BY8301-16P语音模块的音量设置为20（十六进制 0x14）。通常，音量范围是0到30（0x00到0x1E）。

USART_SendData(USART3,string[i]); // 发送当前字节
// 等待发送完成标志位被置位，确保当前字节发送完毕才发送下一个字节
while( USART_GetFlagStatus(USART3, USART_FLAG_TC)==0 );
}
}
简单来说，调用 audio_volume(20); 就会尝试将BY8301-16P语音模块的音量设置为20（十六进制 0x14）。通常，音量范围是0到30（0x00到0x1E）。

注意：如何把音频文件更新进BY8301-16P语音模块，请看官方的使用说明书。