簡介

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

[ESP32 I2S音頻總線學習筆記（一）：初識I2S通信與配置基礎]

這篇文章將介紹一個小案例——ESP32驅動INMP441讀取音頻數(shù)據(jù)，它是關于如何使用I2S讀取數(shù)據(jù)的一個應用，主要是將ESP32讀取到的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到串口上并實時顯示波形，這個我們可以通過串口繪圖儀來實現(xiàn)。在這之前先來看一下INMP441這個模塊吧

INMP441全向麥克風模塊

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。該完整的INMP441解決方案由一個MEMS傳感器、信號調節(jié)模塊、數(shù)字混合濾波器、電源管理和行業(yè)標準的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，無需額外的音頻解碼器。NMP441具有高信噪比，是一種適用于近場應用的理想選擇。

產品特性：

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
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置ADC，用于將采集到的模擬信號轉換成數(shù)字信號，上面還有濾波器和硬件控制、電源相關的引腳。

引腳定義

其中L/R是 左/右聲道選擇。設置為低電平時，麥克風在I2S幀的左聲道輸出信號。設置為高電平時，麥克風在右聲道輸出信號。

安裝I2S驅動

上篇文章我們在介紹I2S底層API函數(shù)提到，在使用I2S通信時需要加載I2S驅動，不知道小伙伴們還記不記得。這個加載I2S驅動的函數(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個參數(shù)需要配置，在上次都有提到每個參數(shù)的意義。 其中比較復雜的是i2s_config這個結構體變量，我們需要對結構體的每個參數(shù)進行配置，如下：

除了后面幾個整型變量，每個結構體成員其實是一個枚舉類型

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

知道了每個參數(shù)的含義以及知道它可以配置哪些參數(shù)，就可以調用i2s_driver_install這個函數(shù)了。 這里我們舉一個安裝I2S驅動的例子，就比較容易理解了。同時配置的時候，我們把它放在一個函數(shù)里面，起名為i2s_install( )。

配置I2S引腳

I2S通信最重要的三個信號是位時鐘BCK、字時鐘WS、數(shù)據(jù)引腳SD，因此我們需要對其引腳進行配置，設置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)，第一個參數(shù)傳入I2S端口，填I2S_NUM_0或I2S_NUM_1， 第二個參數(shù)是結構體如下：

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

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

安裝完I2S驅動和配置好I2S引腳后，我們只要在setup()函數(shù)里面調用這兩個函數(shù)就可以了。

讀取I2S數(shù)據(jù)

上面只是對I2S進行了一下初始化，要通過INMP441讀取i2s數(shù)據(jù)，我們只需要調用esp_err_t i2s_read(i2s_port_t i2s_num, void *dest, size_t size, size_t *bytes_read, TickType_t ticks_to_wait);這個函數(shù)。因為前面在初始化I2S時的量化位數(shù)是16位，所以每個采樣點的數(shù)據(jù)大小為2字節(jié)，我們將讀取到的數(shù)據(jù)放入一個緩存區(qū)數(shù)組sBuffer，將數(shù)組長度bufferLen定義為64，確保每次從I2S接口讀取時能獲得足夠的音頻數(shù)據(jù)。 如果讀取成功2s_read這個函數(shù)會返回一個ESP_OK，成功后就進入數(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。

實驗效果

一開始接收到的是外界的聲音，波形是雜亂無章的。后面用嘴吹氣，波形會跟著吹氣變化，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

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

審核編輯 黃宇