【嵌入式】I2S音频接口3分钟入门
1. I2S接口入门
I2S（Inter-IC Sound）是一种专门用于数字音频数据传输的串行通信接口。以下是其核心要点：
1.1 基本概念
- I2S是飞利浦公司开发的一种音频接口标准
- 主要用于数字音频设备之间的数据传输
- 采用串行通信方式
1.2 主要特点
- 支持立体声传输
- 支持多种采样率（如44.1kHz、48kHz等）
- 支持多种位深度（如16位、24位、32位等）
1.3 信号线组成
- SCK（串行时钟）：控制数据传输的时钟信号
- WS（字选择）：区分左右声道
- SD（串行数据）：实际音频数据
- MCLK（主时钟）：可选，用于同步
1.4 常见应用
- 音频编解码器（CODEC）
- 数字信号处理器（DSP）
- 音频放大器
- 麦克风阵列
1.5 优势
- 接口简单，易于实现
- 抗干扰能力强
- 支持高质量音频传输
- 广泛用于消费电子设备
1.6 使用场景
- 手机音频系统
- 智能音箱
- 专业音频设备
- 汽车音响系统
2. I2S通信过程详解
2.1 基本通信流程
想象I2S通信就像两个人用对讲机通话：
- 一个人负责发送（比如麦克风）
- 一个人负责接收（比如扬声器）
- 他们需要按照相同的规则来对话
2.2 信号线的作用
2.2.1 串行时钟信号（SCK/BCLK串行时钟）
- 就像节拍器，控制数据传输的节奏
- 每个时钟周期传输一位数据
- 确保发送方和接收方同步
2.2.2 字选择信号（WS）
- 就像交通信号灯，告诉接收方：
- 高电平：这是左声道的数据
- 低电平：这是右声道的数据
- 通常在传输完一个完整的数据字后切换
2.2.3 数据信号（SD）
- 实际传输的音频数据
- 按照时钟信号的节奏，一位一位地传输，高位有限传输。如果双向就用两根，一般都是单向。
- 数据格式通常是：
- 16位：常见于CD音质
- 24位：专业音频设备
- 32位：高精度音频
2.2.4 主时钟信号（MCLK）
- 为整个音频系统提供基准时钟
- 确保所有设备使用相同的时钟源
- 防止时钟漂移和抖动
- 一般为采样率的256倍
- 可选，在对音质要求高的场合使用。
2.3 通信时序
- 发送方准备好数据
- 时钟信号开始工作
- 字选择信号指示声道
- 数据信号按照时钟节奏传输
- 接收方按照相同的规则接收数据
2.4 实际应用示例
2.4.1 播放音乐
- 音频文件数据 → 处理器
- 处理器通过I2S发送数据
- 音频芯片接收数据
- 转换为模拟信号
- 通过扬声器播放
2.4.2 录制声音
- 麦克风采集声音
- 转换为数字信号
- 通过I2S发送给处理器
- 处理器存储或处理数据
2.5. 常见问题
2.5.1 为什么需要时钟信号？
- 确保数据同步
- 防止数据丢失
- 保证音质
2.5.2 为什么需要字选择信号？
- 区分左右声道
- 保证立体声效果
- 避免声道混淆
2.6 调试技巧
- 检查时钟信号是否正常
- 确认字选择信号切换正确
- 观察数据信号是否完整
- 验证采样率和位深度设置
在I2S总线上，I2S传输的是裸PCM或者是压缩后的PCM音频数据，只能同时存在一个主设备和发送设备。主设备可以是发送设备，也可以是接收设备，或是协调发送设备和接收设备的其它控制设备。在I2S系统中，提供时钟（BCLK和LRCLK）的设备为主设备。