Arduino 中使用ESP 32S 驱动INMP441制作音乐光立方

序号	器件	个数
1	INMP441	1
2	esp 32s 开发板	1
3	插件LED	64

I2S协议

第一次接触INMP441只知道是一个麦克风，没想到还有这么多引脚，了解到他是通过I2S通信协议工作,比并且主要用于音频设备间传输。简单写一下我对I2S协议的了解。

I²S或I2S（英语：Inter-IC Sound 或 Integrated Interchip Sound）是IC间传输数字音频资料的一种接口标准，采用序列的方式传输2组（左右声道）资料。I2S常被使用在发送CD的PCM音频资料到CD播放器的DAC中。由于I2S将资料信号和主频信号分开发送，它的抖动（jitter）失真十分地小。

由Philips Semiconductor（现在的恩智浦半导体）在1986年发表此规格。最后一次改版时间在1996年6月5日。

典型一条I²S总线至少由3条传输线组成：

1. 比特主频线（BCLK: bit clock line）SCK

   • 标准名称为“连续串列主频”（Continuous Serial Clock, SCK）[1]，一般称为“比特主频”（bit clock, BCLK）[2]

2. 字符选择线（word select line）WS

   • 标准名称为“字符选择”（word select, WS）[1]，一般称为“左右主频”（left-right clock，LRCLK）[2]
   • 0表示左频道，1表示右频道[1]
   • 也称为“帧同步线”（Frame Sync, FS）[3]

3. 一条以上的复合数据线（SDATA：multiplexed data）SD

   • 标准名称为“串列资料线”（Serial Data, SD）[1]，但也可称为SDATA，SDIN，SDOUT，DACDAT，ADCDAT等。

   • 
     
     

     引脚编号	引脚名称	引脚功能
     1	L/R	左/右声道选择
     2	GND	接地连接
     3	VDD	电源（1.8V-3.3V）
     4	SD	串行数据输出
     5	SCK	I2S串行时钟
     6	WS	I2S的字选择

arduino 代码示例

\\#include <I2S.h>

// Define the I2S pins for the Arduino UNO

const int i2s_ws_pin = 2; // Word Select (L/R Clock)

const int i2s_sck_pin = 3; // Serial Clock

const int i2s_sd_pin = 4; // Serial Data

void setup() { // Initialize the I2S interface I2S.begin(I2S_PHILIPS_MODE, 16000, 16);

pinMode(i2s_ws_pin, OUTPUT);

pinMode(i2s_sck_pin, OUTPUT);

pinMode(i2s_sd_pin, INPUT); }

void loop() { // Read data from the INMP441 microphone

long sample = I2S.read();

// Process the sample if needed // ...

// For demonstration purposes, we'll just print the sample value Serial.println(sample); }

INMP441 与esp 32 s的连接

1. SCK-A6

2. SD—A7

3. WS – D13

4. 左/右–GND

5. GND – GND

6. VDD – VDD3.3

   最近有幸得到一块ESP 32 S开发板，就先用它来练练手完成这个音乐频谱吧。

   ps: 其实刚开始想用arduino nano来做的，后来查到需要用到的I2S库 arduino nano（基于ATmega328P微控制器）不支持I2S通信协议。I2S.h库是为支持I2S的硬件（如ESP32或某些基于ARM的板子）设计的，而不是为基于AVR的板子设计的。

ESP32S 引脚图

原理图：

附一下数据手册地址：https://docs.ai-thinker.com/media/esp32/docs/nodemcu-32s%E4%BA%A7%E5%93%81%E8%A7%84%E6%A0%BC%E4%B9%A6.pdf

实现代码：

#include <driver/i2s.h>

// 定义INMP441引脚
const int i2s_port = I2S_NUM_0; //
const int i2s_ws_pin = 32; // Word Select (L/R Clock)
const int i2s_sck_pin = 14; // scK引脚
const int i2s_sd_pin = 33; // sd引脚

// 定义16个LED引脚
const int ledPins[] = {2, 4, 5, 18, 19, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 12, 13, 15, 16};
const int numLeds = sizeof(ledPins) / sizeof(ledPins[0]);

void setup() {
Serial.begin(115200);

// Initialize I2S
i2s_config_t i2s_config = {
.mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX),
.sample_rate = 16000,
.bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_32BIT,
.channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT,
.communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S_MSB,
.intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
.dma_buf_count = 8,
.dma_buf_len = 64,
.use_apll = false,
.tx_desc_auto_clear = false,
.fixed_mclk = 0
};

i2s_pin_config_t pin_config = {
.bck_io_num = i2s_sck_pin,
.ws_io_num = i2s_ws_pin,
.data_out_num = I2S_PIN_NO_CHANGE,
.data_in_num = i2s_sd_pin
};

// Install and configure I2S driver
ESP_ERROR_CHECK(i2s_driver_install(i2s_port, &i2s_config, 0, NULL));
ESP_ERROR_CHECK(i2s_set_pin(i2s_port, &pin_config));
ESP_ERROR_CHECK(i2s_set_clk(i2s_port, 16000, I2S_BITS_PER_SAMPLE_32BIT, I2S_CHANNEL_MONO));

// Initialize LED pins as outputs
for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
}
}

void loop() {
// Read data from the INMP441 microphone
uint32_t sample[64]; // Buffer to store I2S samples
size_t bytes_read = 0;
i2s_read_bytes(i2s_port, (char*)sample, sizeof(sample), &bytes_read, portMAX_DELAY);

// Process the sample to control the light cube
int max_value = 0;
for (int i = 0; i < 64; i++) {
int value = abs(sample[i] >> 8); // Shift and take the absolute value
if (value > max_value) {
max_value = value;
}
}

// Map the max sample value to a PWM value between 0 and 255
int pwmValue = map(max_value, 0, 32767, 0, 255);

// Set the brightness of all LEDs based on the max sample value
for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
analogWrite(ledPins[i], pwmValue);
}

delay(10); // Add a delay to debounce the readings

//LEDs based on the max sample value
for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
analogWrite(ledPins[i], pwmValue);
}

delay(10); // Add a delay to debounce the readings
}

附一下如果ESP32开发板包里面没有自带的ESP_I2S库的话，可以从GITHUB上扒一个自己导入arduino 。ESP I2S.h

嘉立创打板

这里附一下开源地址吧：https://github.com/tarantula3/4x4x4-LED-Cube
里面有打板文件只不过使用arduino nano做的插拔设计，并且只有的gerber文件我们还不好在此基础上进行修改，所以为了简单省事做了把所有引脚都引出来的改进，不过就不太美观。
附上原理图和PCB图：

顶层板

（这个要打四个）

底层板

尺寸：

根据esp32s 做插拔设计的板子待续。。。。。