簡(jiǎn)介

在這個(gè)系列的上一篇文章中，我們介紹了ESP32 I2S音頻總線的相關(guān)知識(shí)，簡(jiǎn)要了解了什么是I2S總線、它的通信格式，以及相關(guān)的底層API函數(shù)。沒有看過上篇文章的可以點(diǎn)擊文章進(jìn)行回顧：

[ESP32 I2S音頻總線學(xué)習(xí)筆記（一）：初識(shí)I2S通信與配置基礎(chǔ)]

這篇文章將介紹一個(gè)小案例——ESP32驅(qū)動(dòng)INMP441讀取音頻數(shù)據(jù)，它是關(guān)于如何使用I2S讀取數(shù)據(jù)的一個(gè)應(yīng)用，主要是將ESP32讀取到的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到串口上并實(shí)時(shí)顯示波形，這個(gè)我們可以通過串口繪圖儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這之前先來(lái)看一下INMP441這個(gè)模塊吧

INMP441全向麥克風(fēng)模塊

NMP441是一款高性能、低功耗、數(shù)字輸出，帶底部端口的全向MEMS麥克風(fēng)。該完整的INMP441解決方案由一個(gè)MEMS傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)模塊、數(shù)字混合濾波器、電源管理和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的24位I2S接口組成。I2S接口允許INMP441直接連接到數(shù)字處理器，如DSP和微控制器，無(wú)需額外的音頻解碼器。NMP441具有高信噪比，是一種適用于近場(chǎng)應(yīng)用的理想選擇。

產(chǎn)品特性：

具有高精度24位數(shù)據(jù)的數(shù)字I2S接口
高信噪比為61 dBA
高靈敏度-26 dBFS
從60 Hz到15 kHz的穩(wěn)定頻率響應(yīng)
低功耗：低電流消耗1.4 mA
高PSR：-75 dBFS

功能框圖

INMP441模塊使用到的芯片內(nèi)置ADC，用于將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，上面還有濾波器和硬件控制、電源相關(guān)的引腳。

引腳定義

其中L/R是 左/右聲道選擇。設(shè)置為低電平時(shí)，麥克風(fēng)在I2S幀的左聲道輸出信號(hào)。設(shè)置為高電平時(shí)，麥克風(fēng)在右聲道輸出信號(hào)。

安裝I2S驅(qū)動(dòng)

上篇文章我們?cè)诮榻BI2S底層API函數(shù)提到，在使用I2S通信時(shí)需要加載I2S驅(qū)動(dòng)，不知道小伙伴們還記不記得。這個(gè)加載I2S驅(qū)動(dòng)的函數(shù)就是：esp_err_t i2s_driver_install(i2s_port_t i2s_num, const i2s_config_t *i2s_config, int queue_size, void *i2s_queue)，里面有4個(gè)參數(shù)需要配置，在上次都有提到每個(gè)參數(shù)的意義。 其中比較復(fù)雜的是i2s_config這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量，我們需要對(duì)結(jié)構(gòu)體的每個(gè)參數(shù)進(jìn)行配置，如下：

除了后面幾個(gè)整型變量，每個(gè)結(jié)構(gòu)體成員其實(shí)是一個(gè)枚舉類型

I2S工作模式mode

音頻采樣率bits_per_sample

通道格式channel_format

通信傳輸格式communication_format

知道了每個(gè)參數(shù)的含義以及知道它可以配置哪些參數(shù)，就可以調(diào)用i2s_driver_install這個(gè)函數(shù)了。 這里我們舉一個(gè)安裝I2S驅(qū)動(dòng)的例子，就比較容易理解了。同時(shí)配置的時(shí)候，我們把它放在一個(gè)函數(shù)里面，起名為i2s_install( )。

配置I2S引腳

I2S通信最重要的三個(gè)信號(hào)是位時(shí)鐘BCK、字時(shí)鐘WS、數(shù)據(jù)引腳SD，因此我們需要對(duì)其引腳進(jìn)行配置，設(shè)置I2S引腳的函數(shù)是esp_err_t i2s_set_pin(i2s_port_t i2s_num, const i2s_pin_config_t *pin)，第一個(gè)參數(shù)傳入I2S端口，填I(lǐng)2S_NUM_0或I2S_NUM_1， 第二個(gè)參數(shù)是結(jié)構(gòu)體如下：

其中mck_io_num; bck_io_num，ws_io_num等都是整型變量，data_out_num如果我們沒有用到就傳入-1，在driver/i2s.h頭文件定義了

假設(shè)我們要配置的引腳位時(shí)鐘BCK、字時(shí)鐘WS、數(shù)據(jù)引腳SD分別是D13, D12, D14，同樣把要配置的參數(shù)寫入一個(gè)函數(shù)i2s_setpin()里面，配置I2S引腳示例如下：

安裝完I2S驅(qū)動(dòng)和配置好I2S引腳后，我們只要在setup()函數(shù)里面調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)就可以了。

讀取I2S數(shù)據(jù)

上面只是對(duì)I2S進(jìn)行了一下初始化，要通過INMP441讀取i2s數(shù)據(jù)，我們只需要調(diào)用esp_err_t i2s_read(i2s_port_t i2s_num, void *dest, size_t size, size_t *bytes_read, TickType_t ticks_to_wait);這個(gè)函數(shù)。因?yàn)榍懊嬖诔跏蓟疘2S時(shí)的量化位數(shù)是16位，所以每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)大小為2字節(jié)，我們將讀取到的數(shù)據(jù)放入一個(gè)緩存區(qū)數(shù)組sBuffer，將數(shù)組長(zhǎng)度bufferLen定義為64，確保每次從I2S接口讀取時(shí)能獲得足夠的音頻數(shù)據(jù)。 如果讀取成功2s_read這個(gè)函數(shù)會(huì)返回一個(gè)ESP_OK，成功后就進(jìn)入數(shù)據(jù)處理部分。這里我們將讀取到的音頻數(shù)據(jù)求均值然后可以用串口繪圖儀觀察它的數(shù)據(jù)波形，代碼如下：

完整代碼

接線圖

寫完代碼后就可以開始接線了，接線圖如下圖所示：供電這里接3.3V，L/R接地。

實(shí)驗(yàn)效果

一開始接收到的是外界的聲音，波形是雜亂無(wú)章的。后面用嘴吹氣，波形會(huì)跟著吹氣變化，不吹氣波形是平緩不變的，后面大概吹了幾次，可以看到波形變化，如下圖：

總結(jié)

本篇文章介紹了通過ESP32的I2S通信實(shí)時(shí)讀取INMP441麥克風(fēng)模塊的音頻數(shù)據(jù)，并通過串口繪圖儀顯示音頻數(shù)據(jù)波形。后面我們還會(huì)介紹使用INMP441采集音頻并實(shí)時(shí)播放音頻，感興趣的可以先關(guān)注收藏一下！

審核編輯 黃宇