人机交互装置中的输入设备通常由按键、触摸屏等设备组成，传统的输出设备也有显示屏、灯光、声音等等。其中音频设备作为重要的人机交互装置，嵌入式设备是如何获得音频数据的呢？

 本期我们介绍专为音频设备服务的通讯协议：I2S协议。

声音的本质

  在了解如何获取声音之前，我们首先需要知道声音的本质到底是什么？声音是物体振动产生的机械波，通过空气等介质传播，引起耳膜振动被大脑感知。 电子音频设备（如麦克风、扬声器）将声音振动转换为连续变化的电信号，称为模拟音频信号。模拟音频信号存在明显局限：传输处理中易引入噪声失真；磁带、黑胶唱片等模拟存储介质会随播放和复制磨损导致音质下降；复杂处理（如滤波、混音）依赖精密模拟电路，成本高且控制难度大。

 为了解决模拟音频的缺点，现代音频系统广泛采用数字音频技术。其核心过程是采样、量化还有编码。采样和量化将模拟数字信号转化为01数字信号，之后通过编码将数字信号统一化通常是脉冲编码调制-PCM，就是一系列按时间顺序排列的数字，每个数字代表对应采样时刻的音频信号幅度。而I2S就是专门用于在集成电路之间传输高质量、单声道或立体声PCM音频数据的通讯协议。

I2S的组成

 I²S全称Inter-IC Sound 或 Integrated Interchip Sound，它是一种同步串行通信协议，由飞利浦半导体（现 NXP）在1986 年制定。I²S总线由三根线组成：时钟线SCK，数据线SD以及声道选择线WS。它的结构很像是I²C通讯，但是多了一根WS用于声道选择。

  可以看到WS低电平时则是选择了左声道，WS高电平时则是选择了右声道。

可以看到SCK和采样率Fs有着严格的对应关系。

  对于一个44.1KHZ，24位，双通道的I²S设备来说，它的时钟频率SCK计算公式应该是：44.1K*24*2。这个时钟频率对MCU来说是比较高的，因此一般是需要MCU有专门的I²S外设。下面我们介绍一款I²S的芯片：INMP441

  INMP441是TDK的一款全向MEMS麦克风，直接输出 I²S 格式的数字音频信号，省去了外部模数转换器 (ADC) 的需求。

具有24位I²S数据，前段时间在ESP32小智上非常热门。

但是需要注意的是INMP441单独的有一个L/R来控制左右声道，低电平为左声道，高电平为右声道。 官方原理图则是直接拉低了L/R引脚仅使用左声道。需要注意的是，INMP441的音孔在PCB背面，因此设计PCB的时候要注意预留音控位置。

INMP441通过ADC采集到声孔信号后，经过一个带通滤波器后再通过I²S总线进行通讯。


嘉立创PCB

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