ESP32音频输入-MAX4466，MAX9814，SPH0645LM4H，INMP441(翻译)

有几种方法可以将模拟音频数据输入到ESP32中。

• 直接从内置的模数转换器（ADC）读取
  • 这对于一次性读取很有用，但不适用于高采样率。
• 使用I2S通过DMA读取内置ADC
  • 适用于模拟麦克风，例如MAX4466和MAX9814
• 使用I2S直接从I2S兼容外设读取
  • 对于SPH0645LM4H，INPM441，ICS43432和ICS43434等麦克风有用

直接从ADC读取

ESP32上有两个内置ADC，ADC1和ADC2。

ADC1具有8个通道：

渠道	通用输入输出	渠道	通用输入输出
ADC1_CHANNEL_0	GPIO36	ADC1_CHANNEL_4	GPIO32
ADC1_CHANNEL_1	GPIO37	ADC1_CHANNEL_5	GPIO33
ADC1_CHANNEL_2	GPIO38	ADC1_CHANNEL_6	GPIO34
ADC1_CHANNEL_3	GPIO39	ADC1_CHANNEL_7	GPIO35

ADC2有10个通道：

渠道	通用输入输出	渠道	通用输入输出
ADC2_CHANNEL_0	GPIO4	ADC2_CHANNEL_5	GPIO12
ADC2_CHANNEL_1	GPIO0	ADC2_CHANNEL_6	GPIO14
ADC2_CHANNEL_2	GPIO2	ADC2_CHANNEL_7	GPIO27
ADC2_CHANNEL_3	GPIO15	ADC2_CHANNEL_8	GPIO25
ADC2_CHANNEL_4	GPIO13	ADC2_CHANNEL_9	GPIO26

尽管有一些限制-WiFi子系统也使用ADC2，并且某些引脚还用于控制启动行为的捆绑引脚。这意味着在项目中坚持使用ADC1是最安全的。

从ADC读取非常简单-您可以使用Arduino函数或直接使用Espressif函数：

// read using Arduino
int sample = analogRead(35)

// read using Espressif
int sample = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_7);

ESP32 ADC非常不准确，如果您想获得准确的读数，可以使用校准设置。现在，这些操作大多在工厂完成，因此您的ESP32应该已经具有一些校准设置。也可以手动校准ADC。

要读取校准值，请使用以下代码，它将为您提供以毫伏为单位的值。这两个调用adc1_config_width和adc1_config_channel_atten是至关重要的，因为校准特性需要匹配ADC配置。

// calibration values for the adc
#define DEFAULT_VREF 1100
esp_adc_cal_characteristics_t *adc_chars;

//Range 0-4096
adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);

// full voltage range
adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_7, ADC_ATTEN_DB_11);

// get the ADC characteristics
esp_adc_cal_characterize(
  ADC_UNIT_1,
  ADC_ATTEN_DB_11,
  ADC_WIDTH_BIT_12,
  DEFAULT_VREF,
  adc_chars);

// read a sample from the ADC
int sample = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_7);

// get the calibrated value
int milliVolts = esp_adc_cal_raw_to_voltage(sample, adc_chars);

使用I2S和DMA的高速ADC采样

直接使用ADC可以进行低频和一次性采样。为了采样高质量的音频数据，您将需要以16-40KHz的频率采样。您可以使用计时器来执行此操作，但这并不是ESP32的CPU资源的最佳用途。

更好的方法是使用内置的I2S外设将ADC的样本直接读取到内存中。

这是使用I2S读取内置ADC的基本设置。

i2s_config_t i2s_config = {
    .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX | I2S_MODE_ADC_BUILT_IN),
    .sample_rate = 40000,
    .bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
    .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT,
    .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S_LSB,
    .intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
    .dma_buf_count = 2,
    .dma_buf_len = 1024,
    .use_apll = false,
    .tx_desc_auto_clear = false,
    .fixed_mclk = 0};

//install and start i2s driver
i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 4, &i2s_queue);

//init ADC pad
i2s_set_adc_mode(ADC_UNIT_1, ADC1_CHANNEL_7);

// enable the ADC
i2s_adc_enable(I2S_NUM_0);

// start a task to read samples from I2S
TaskHandle_t readerTaskHandle;
xTaskCreatePinnedToCore(readerTask, "Reader Task", 8192, this, 1, &readerTaskHandle, 0);

然后，您可以使用以下任务从ADC读取样本：

void readerTask(void *param)
{
    I2SSampler *sampler = (I2SSampler *)param;
    while (true)
    {
        // wait for some data to arrive on the queue
        i2s_event_t evt;
        if (xQueueReceive(sampler->i2s_queue, &evt, portMAX_DELAY) == pdPASS)
        {
            if (evt.type == I2S_EVENT_RX_DONE)
            {
                size_t bytesRead = 0;
                do
                {
                    // try and fill up our audio buffer
                    size_t bytesToRead = (ADC_SAMPLES_COUNT - sampler->audioBufferPos) * 2;
                    void *bufferPosition = (void *)(sampler->currentAudioBuffer + sampler->audioBufferPos);
                    // read from i2s
                    i2s_read(I2S_NUM_0, bufferPosition, bytesToRead, &bytesRead, 10 / portTICK_PERIOD_MS);
                    sampler->audioBufferPos += bytesRead / 2;
                    if (sampler->audioBufferPos == ADC_SAMPLES_COUNT)
                    {
                        // do something with the sample - e.g. notify another task to do some processing
                   }
                } while (bytesRead > 0);
            }
        }
    }
}

阅读完样本后，您可以执行所需的任何处理，I2S外设将在后台继续将样本从ADC读取到DMA缓冲区中。

MA4466的接线非常简单，只需将VCC连接至3v3，将GND连接至GND，将Out连接至与您要从其采样的ADC通道相对应的GPIO引脚。

尝试MAX9814的方法相同-您也可以通过将增益引脚连接至VCC或GND来发挥MAX9814的增益。

原文地址：https://blog.cmgresearch.com/2020/09/12/esp32-audio-input.html