適用于Arduino MKR和XMC的I2S MEMS麥克風IM69D130

描述

本文介紹如何將IM69D130 立體聲麥克風 Shield2Go與 Arduino MKR WiFi 1010 和兩個為 Arduino IDE 啟用的 Infineons 微控制器板、XMC4700 Relax Lite 套件和XMC2Go 連接。稍后，本項目將介紹如何使用I2S.h 庫從麥克風接收音頻數據。

1. 設置硬件

您可以在下方找到用于將 MEMS 麥克風 Shield2Go 與- 1.1 Arduino MKR WiFi 1010 - 1.2 XMC4700 Relax Kit - 1.3 XMC2Go控制器板連接的引出線和連接。

1.1. Arduino MKR WiFi 1010 - I2S MEMS 麥克風 IM69D130

Arduino 和麥克風之間的連接可以通過使用跨接電纜和以下配置來建立：

麥克風 - Arduino MKR WiFi 1010

• 3V3——3V3【紅色】
• GND - GND [藍色]
• BCLK - Pin2 (SCK) [黑色]
• 數據 - PinA6 (SD) [黃色]
• WCLK - Pin3 (FS/WS) [灰色]

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Arduino MKR WiFi 1010 有線連接到 MEMS 麥克風 Shield2Go

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1.2. XMC4700 Relax Lite 套件 - I2S MEMS 麥克風 IM69D130

將麥克風與 XMC4700 連接的最簡單方法是使用My IoT Adapter 。此適配器可以直接連接到 XMC4700。要使用麥克風，請將其插入轉接板的第一個插座，如下圖所示。

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1 / 3 ? XMC4700 Lite 套件，帶有連接的 MyIoTAdapter 和頂部的 MEMS 麥克風 Shield2Go

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如果您沒有 MyIoTAdapter，請不要擔心，因為也可以將其連接起來。我們只需要 XMC4700 Lite 套件和一些電線。連接將按如下方式組裝：

麥克風 - XMC4700 Lite 套件

• 3V3——3V3【紅色】
• GND - GND [藍色]
• BCLK - Pin3.9 (SPI:SCK) [黑色]
• 數據 - Pin3.7 (SPI:MISO) [黃色]
• WCLK - Pin3.10 (SPI:SS) [灰色]

XMC4700 Lite 套件有線連接到 MEMS 麥克風 Shield2Go

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1.3. XMC2Go - I2S MEMS 麥克風 IM69D130

這是所有介紹的配置中最小的一個。XMC2Go專為適應 Shield2Go 的布局而構建，因此無需使用跨接電纜將麥克風連接到 XMC2Go 板。最簡單的方法是將公頭焊接到其中一塊板上，將母頭焊接到另一塊板上，然后將它們連接起來，如圖所示。（我們在 XMC2Go 上使用母頭，在麥克風上使用公頭。）

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1 / 3 ? XMC2Go 連接到 MEMS 麥克風 Shield2Go

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也可以從 XMC2Go 到麥克風進行有線連接，但不建議這樣做，因為所有有線連接都可能導致 I2S 連接出現錯誤。如果您仍然想要有線連接，請執行以下操作：

麥克風 - XMC2Go

• 3V3-VSS【紅色】
• GND - VDD [藍色]
• BCLK - Pin0.8 (SPI:SCK) [黑色]
• 數據 - Pin0.6 (SPI:MISO) [黃色]
• WCLK - Pin0.9 (SPI:SS) [灰色]

XMC2Go 有線連接到 MEMS 麥克風 Shield2Go

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2. 設置軟件

首先，我們需要一個可以正常運行的 Arduino IDE 安裝，您可以在此處獲取。

2.1. Arduino MKR WiFi 1010

安裝 IDE 后，我們必須將開發板添加到開發板管理器中。因此，單擊工具菜單 -> 開發板 -> 開發板管理器并安裝 Arduino SAMD 開發板（32 位 ARM Cortex-M0+）。為此，請在 Boards Manager 中單擊，選擇最新版本并單擊安裝。

之后，我們現在準備創建我們的第一個草圖以使用 IM69D130 MEMS 麥克風 Shield2Go。

有關如何開始的更多信息，請查看此處。

從代碼開始：

讓我們快速瀏覽一下 Arduino 草圖。這個草圖的基本功能是從麥克風讀取音頻數據并處理它以通過 Arduino IDE 提供的串行繪圖儀顯示聲壓級。

首先，我們必須包含 I2S.h 庫才能與麥克風通信。

#include 

之后我們必須為 Arduino 進行設置。為了在串行監視器中顯示麥克風的輸出，我們必須設置一個串行連接。此外，我們必須使用庫的 begin 函數建立 I2S 連接。

void setup() {
  // Open serial communications and wait for port to open:
  // A baud rate of 115200 is used instead of 9600 for a faster data rate
  // on non-native USB ports
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
  }

  // start I2S at 16 kHz with 32-bits per sample
  if (!I2S.begin(I2S_PHILIPS_MODE, 16000, 32)) {
    Serial.println("Failed to initialize I2S!");
    while (1); // do nothing
  }
}

在循環函數中，我們設置了一個整數變量數組。然后我們檢查麥克風上 I2S 數據的可用性。之后，I2S 值從 I2S 緩沖區中讀出并保存到我們的整數數組中。計算樣本數組的平均值；為了標準化輸出，我們從樣本的每次迭代中減去平均值。然后我們計算樣本的最小值和最大值。最后我們打印出它們之間的差異以顯示基本壓力水平。您可以在最后找到完整的代碼。

void loop() {
  // read a bunch of samples:
  int samples[SAMPLES];

  for (int i=0; i    int sample = 0; 
    while ((sample == 0) || (sample == -1) ) {
      sample = I2S.read();
    }
    // convert to 18 bit signed
    sample >>= 14; 
    samples[i] = sample;
  }

  // ok we hvae the samples, get the mean (avg)
  float meanval = 0;
  for (int i=0; i    meanval += samples[i];
  }
  meanval /= SAMPLES;

  // subtract it from all samples to get a 'normalized' output
  for (int i=0; i    samples[i] -= meanval;
    //Serial.println(samples[i]);
  }

  // find the 'peak to peak' max
  float maxsample, minsample;
  minsample = 100000;
  maxsample = -100000;
  for (int i=0; i    minsample = min(minsample, samples[i]);
    maxsample = max(maxsample, samples[i]);
  }
  Serial.println(maxsample - minsample);
};>;>;>;>

2.2. XMC4700 Relax Lite 套件和 XMC2Go

現在我們來看看 XMC4700 Relax Lite 套件和 XMC2Go 的配置。

在這里，我們假設您有一個可以正常工作的 Arduino IDE，并且已將 XMC 庫完全集成到 Arduino IDE 中。如果不是這種情況，請單擊此處獲取實施指南。

現在一切都應該設置好了，這樣我們就可以查看代碼了。這段代碼的基本功能是從麥克風中讀取音頻數據并進行處理，通過Arduino IDE提供的串行繪圖儀顯示聲壓級。

從代碼開始：

首先，我們必須包含 I2S.h 庫才能與麥克風通信。

#include 

o 能夠在串行監視器中顯示麥克風的輸出，我們必須設置串行連接。然后我們必須使用庫的 begin 函數建立 I2S 連接。

在此之前，我們還禁用兩個麥克風并僅啟用其中一個，這樣信號就不會失真。

void setup()
{
    // Open serial communication with a baudrate of 115200
    Serial.begin(115200);
    // Wait until the serial port is connected
    while (!Serial);

    I2S.disableMicrophones();
    // Enable the microphone when word select is high
    I2S.enableMicrophoneHigh();

    // Start I2S at 11 kHz with 16 bits per sample
    if (I2S.begin(I2S_PHILIPS_MODE, 11000, 16) != 0)
    {
        Serial.println("Failed to initialize I2S!");
        // Do nothing and wait
        while (true);
    }
}

循環函數如下所示。首先，我們創建一個包含 128 個條目的示例數組。當緩沖區中保存了 128 個或更多樣本時，我們將讀取這些值并將它們保存到我們之前創建的數組中。然后計算平均值并從所有樣本中減去平均值以標準化輸出。之后計算最小和最大樣本，然后打印到串行繪圖儀中。您可以在最后找到完整的代碼。

void loop()
{
    // Array to store the samples
    int32_t samples[128];
    if (I2S.available() > 128)
    {
        // Read 128 samples into the array
        I2S.read(samples, 128);

        float meanValue = 0;
        for (int i = 0; i < 128; i++)
        {
            meanValue += samples[i];
        }
        meanValue /= 128;

        // Substract it from all samples to normalize output
        for (int i = 0; i < 128; i++)
        {
            samples[i] -= meanValue;
        }

        // Get the peak to peak maximum
        float maxSample, minSample;
        minSample = 100000;
        maxSample = -100000;
        for (int i = 0; i < 128; i++)
        {
            minSample = min(minSample, samples[i]);
            maxSample = max(maxSample, samples[i]);
        }
        Serial.println(maxSample - minSample);
    }   
}

3. 串行繪圖儀的配置和輸出

要訪問繪圖儀，請轉到Tools -> Serial Plotter 。有必要選擇我們在代碼中設置的相同波特率。可以在串行繪圖儀的左下角選擇波特率。在我們的例子中，Arduino MKR Wifi 1010的波特率為 115200 ，XMC4700 Relax Lite 套件和 XMC2Go 的波特率為 1000000 。如果您遇到輸出未正確顯示的問題，您可以隨時嘗試調整波特率、頻率和每個樣本的位數。

在查看串行繪圖儀的輸出時，它可能如下所示：

播放歌曲介紹時的 Arduino IDE 繪圖儀。

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在這張圖片中，我們可以在播放歌曲前奏時看到 Arduino IDE 繪圖儀。繪圖儀顯示了整體歌曲音量的上升，高峰是歌曲的節拍。為了能夠看到聲級的大尖峰，您可以打響指或敲桌子。

如果你得到一個恒定的模糊圖，沒有明顯的尖峰，這是由你的敲擊或折斷引起的，那么你的數據線連接可能有故障。要解決此問題，請嘗試建立更短的電纜、焊接觸點或使用屏蔽電纜以確保沒有任何東西干擾數據連接。

4. 擴展閱讀和更多示例

我們希望您能夠遵循我們在此處提供的所有示例和代碼片段。如果您對 IM69D130 MEMS 麥克風 Shield2Go 的更多示例和用例感興趣，您可以查看其GitHub 存儲庫。

如果您想知道如何將此擴展板與 Raspberry-Pi 一起使用，請查看我們關于該主題的其他hackster.io 文章。

此外，如果您想通過 Edge Impulse 將麥克風用于機器學習項目，您可以查看這篇hackster.io 文章。