芯耀
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01、人機(jī)交互中的音頻設(shè)備
人機(jī)交互裝置中的輸入設(shè)備通常由按鍵、觸摸屏等設(shè)備組成，傳統(tǒng)的輸出設(shè)備也有顯示屏、燈光、聲音等等。其中音頻設(shè)備作為重要的人機(jī)交互裝置，嵌入式設(shè)備是如何獲得音頻數(shù)據(jù)的呢？
本期我們介紹專為音頻設(shè)備服務(wù)的通訊協(xié)議：I2S協(xié)議。
1、聲音的本質(zhì)
在了解如何獲取聲音之前，我們首先需要知道聲音的本質(zhì)到底是什么？聲音是物體振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械波，通過空氣等介質(zhì)傳播，引起耳膜振動(dòng)被大腦感知。
電子音頻設(shè)備（如麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器）將聲音振動(dòng)轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的電信號(hào)，稱為模擬音頻信號(hào)。
模擬音頻信號(hào)存在明顯局限：傳輸處理中易引入噪聲失真；磁帶、黑膠唱片等模擬存儲(chǔ)介質(zhì)會(huì)隨播放和復(fù)制磨損導(dǎo)致音質(zhì)下降；復(fù)雜處理（如濾波、混音）依賴精密模擬電路，成本高且控制難度大。
為了解決模擬音頻的缺點(diǎn)，現(xiàn)代音頻系統(tǒng)廣泛采用數(shù)字音頻技術(shù)。其核心過程是采樣、量化還有編碼。
采樣和量化將模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為01數(shù)字信號(hào)，之后通過編碼將數(shù)字信號(hào)統(tǒng)一化通常是脈沖編碼調(diào)制-PCM，就是一系列按時(shí)間順序排列的數(shù)字，每個(gè)數(shù)字代表對(duì)應(yīng)采樣時(shí)刻的音頻信號(hào)幅度。
而I2S就是專門用于在集成電路之間傳輸高質(zhì)量、單聲道或立體聲PCM音頻數(shù)據(jù)的通訊協(xié)議。
2、I2S的組成
I2S全稱Inter-IC Sound 或 Integrated Interchip Sound，它是一種同步串行通信協(xié)議，由飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn) NXP）在1986 年制定。
I2S總線由三根線組成：時(shí)鐘線SCK，數(shù)據(jù)線SD以及聲道選擇線WS。
它的結(jié)構(gòu)很像是I2C通訊，但是多了一根WS用于聲道選擇。
可以看到WS低電平時(shí)則是選擇了左聲道，WS高電平時(shí)則是選擇了右聲道。
可以看到SCK和采樣率Fs有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
對(duì)于一個(gè)44.1KHZ，24位，雙通道的I2S設(shè)備來說，它的時(shí)鐘頻率SCK計(jì)算公式應(yīng)該是：44.1K*24*2。這個(gè)時(shí)鐘頻率對(duì)MCU來說是比較高的，因此一般是需要MCU有專門的I2S外設(shè)。
下面我們介紹一款I(lǐng)2S的芯片：INMP441
3、INMP441
INMP441是TDK的一款全向MEMS麥克風(fēng)，直接輸出 I2S 格式的數(shù)字音頻信號(hào)，省去了外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的需求。
具有24位I2S數(shù)據(jù)，前段時(shí)間在ESP32小智上非常熱門。
但是需要注意的是INMP441單獨(dú)的有一個(gè)L/R來控制左右聲道，低電平為左聲道，高電平為右聲道。
需要注意的是，INMP441的音孔在PCB背面，因此設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候要注意預(yù)留音控位置。
INMP441通過ADC采集到聲孔信號(hào)后，經(jīng)過一個(gè)帶通濾波器后再通過I2S總線進(jìn)行通訊。
4、后續(xù)驗(yàn)證
最近博主要畢業(yè)了，因此很多東西都收拾了丟家里，手上也并沒有適合做程序驗(yàn)證的單片機(jī)，看看買塊ESP32或者用STM32F4來做一下簡單Demo
