MicArray 麦克风阵列

2023-05-08

产品介绍

麦克风阵列模块是 Sipeed 基于 MSM261S4030H0 数字麦克风芯片设计的，模块声音识别灵敏度、信噪比高，由沿板的六个麦克风和一个中心的麦克风组成，阵列板上的 12 颗 LED 可以用来可视化识别声源方位，基于 GCC-PHAT 算法实现声源定位、语音识别、波束成形等需求场合。

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相关参数资料

数据手册

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硬件资料

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相关参数

功能特点 参数
声压级 140 dB SPL
灵敏度 -26(dB,dBFS @1kHz 1Pa)
信噪比 57 dB (20kHz bandwidth,A-weighted)
THD<1% (100dB SPL @1kHz S=Nom,Rload>2k )
时钟频率 1.0-4.0Mhz(正常模式)
150-800khz(低功耗模式)
MEMS 麦克风 7 个 MSM261S4030H0 组成阵列
连接器 支持 2*5P 2.54mm 端子和 10P 0.5mm FPC 连接器
灯光 12 个 SK9822 LED 组成一个环形 LED 阵列
多个 LED 通过双信号线级联 / 8 Bit（256 级）可调颜色 / 5 Bit（32 级）亮度调节
尺寸 78.1*88.8mm

使用方法

在进行上手使用麦克风阵列前，我们需要先完成一些准备工作。

准备工作

  • 烧录固件

前往 下载站 下载固件，下载 固件说明 里面的默认固件即可使用。

  • 掌握 K210 系列开发板的基础使用（使用开发板为前提）

前往 K210 上手（避坑）指南 学习相关基础使用，下一步操作开始默认会运行代码会使用开发板。

模块引脚定义

因麦克风阵列需与开发板进行搭配才能使用，连接方式有两种（2.54mm 杜邦线及 10P 0.5mm FPC 排线）
如适配板卡上无 FPC 排线接口需使用杜邦线进行连接，需使用下列引脚的定义信息。

引脚序号 引脚名称 类型 引脚说明
1 VIN VCC 模块电源输入正
2 GND GND 模块电源地
3 MIC_D0 I/O 0 号麦克风和1号麦克风的 I²S 接口的串行数据输出
4 MIC_D1 I/O 2 号麦克风和3号麦克风的 I²S 接口的串行数据输出
5 MIC_D2 I/O 4 号麦克风和5号麦克风的 I²S 接口的串行数据输出
6 MIC_D3 I/O 中心麦克风的 I²S 接口的串行数据输出
7 MIC_WS I/O I²S 接口的串行数据字选择
8 MIC_CK I/O I²S 接口的串行数据时钟
9 LED_CK I/O LED 的串行数据时钟
10 LED_DA I/O LED 的的串行数据输出

接线参考

文档以杜邦线接法为示例，接线前参照自己所用板卡原理图，确定自己选择的引脚没有被其他外设使用。
（比如不应该与 LCD 引脚或者摄像头的引脚等外设引脚复用）

麦克风阵列 开发板上的对应管脚 代码中所对应的参数
VIN 3.3v/5v ——
GND GND ——
LED_CK I/O 口 sk9822_clk
LED_DA I/O 口 sk9822_dat
MIC_D0 I/O 口 i2s_d0
MIC_D1 I/O 口 i2s_d1
MIC_D2 I/O 口 i2s_d2
MIC_D3 I/O 口 i2s_d3
MIC_WS I/O 口 i2s_ws
MIC_CK I/O 口 i2s_sclk

注意：因为 K210 的 FPIOA 的特性, 支持每个外设随意映射到任意引脚；所以将上面的表格中的 I/O 口 与（自行使用）开发板上带有数字标识的引脚连起来即可，类似于标有 GND 这种特殊标识（参考板子原理图）的就不算所谓的数字标识引脚，连接完后可以查看（例程代码下方）关于代码中引脚的说明。

Micropython 代码

以下是声源定位实现的代码，运行即可在开发板上体验声源定位的效果。

from Maix import MIC_ARRAY as mic
import lcd

lcd.init()
mic.init()#默认配置
#mic.init(i2s_d0=23, i2s_d1=22, i2s_d2=21, i2s_d3=20, i2s_ws=19, i2s_sclk=18, sk9822_dat=24, sk9822_clk=25)#可自定义配置 IO

while True:
    imga = mic.get_map()    # 获取声音源分布图像
    b = mic.get_dir(imga)   # 计算、获取声源方向
    a = mic.set_led(b,(0,0,255))# 配置 RGB LED 颜色值
    imgb = imga.resize(160,160)
    imgc = imgb.to_rainbow(1) # 将图像转换为彩虹图像
    a = lcd.display(imgc)
mic.deinit()

注意：请自行根据自己的连接的引脚号，对应着修改 mic.init(i2s_d0=23, i2s_d1=22, i2s_d2=21, i2s_d3=20, i2s_ws=19, i2s_sclk=18, sk9822_dat=24, sk9822_clk=25) 里面的参数（示例：将麦克风阵列上的 MIC_D0 与 K210 板子上标号为 25 的引脚相连，那么代码中的相关参数需要修改为 i2s_d0=25）其他引脚同理修改，因用户自行配置的不同无固定杜邦线连接说明，个人自行修改引脚参数，并且不要忘记删掉 mic.init(...) 前面的注释（删掉#就行）。

C 语言代码

SK9822 驱动代码

仅供参考用，来源：github ;需要分析代码的话建议复制代码到电脑本地编辑器中查看。

sipeed_sk9822.c 
#include "sipeed_sk9822.h"

define LED_NUM 12


define SK9822_DAT_SET()                 \



{                                    \
    gpiohs->output_val.bits.b27 = 1; \
}




define SK9822_DAT_CLR()                 \



{                                    \
    gpiohs->output_val.bits.b27 = 0; \
}




define SK9822_CLK_SET()                 \



{                                    \
    gpiohs->output_val.bits.b28 = 1; \
}




define SK9822_CLK_CLR()                 \



{                                    \
    gpiohs->output_val.bits.b28 = 0; \
}




static void sk9822_init(void)

{

    gpiohs_set_drive_mode(SK9822_DAT_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);

    gpiohs_set_drive_mode(SK9822_CLK_GPIONUM, GPIO_DM_OUTPUT);

    gpiohs_set_pin(SK9822_DAT_GPIONUM, 0);

    gpiohs_set_pin(SK9822_CLK_GPIONUM, 0);

}


void sk9822_send_data(uint32_t data)

{

    for (uint32_t mask = 0x80000000; mask > 0; mask >>= 1)

    {

        SK9822_CLK_CLR();

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        // usleep(1);

        if (data & mask)

        {

            SK9822_DAT_SET();

        }

        else

        {

            SK9822_DAT_CLR();

        }

        SK9822_CLK_SET();

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        asm volatile("nop");

        // usleep(2);

    }

}


//32bit 0

void sk9822_start_frame(void)

{

    sk9822_send_data(0);

}


//32bit 1

void sk9822_stop_frame(void)

{

    sk9822_send_data(0xffffffff);

}


//1 1 1 1 gray | b | g | r

void sk9822_data_one_led(uint8_t gray, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)

{

    uint32_t tosend;



gray &= 0x1f; //for make sure no error data in
tosend = ((0xe0 | gray) << 24) | (b << 16) | (g << 8) | r;
sk9822_send_data(tosend);



}


uint32_t sk9822_gen_data_one_led(uint8_t gray, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)

{

    uint32_t tosend;



gray &= 0x1f; //for make sure no error data in
tosend = ((0xe0 | gray) << 24) | (b << 16) | (g << 8) | r;
return tosend;



}


//first color1, then msleep interval, then color2, last msleep interval

void sk9822_flash(uint32_t color1, uint32_t color2, uint32_t interval)

{

    uint8_t index;



color1 |= 0xe0000000;
color2 |= 0xe0000000;

sk9822_start_frame();
for (index = 0; index < LED_NUM; index++)
{
    sk9822_send_data(color1);
}
sk9822_stop_frame();
msleep(interval);

sk9822_start_frame();
for (index = 0; index < LED_NUM; index++)
{
    sk9822_send_data(color2);
}
sk9822_stop_frame();
msleep(interval);



}


static void arraymove(uint32_t array[], uint8_t len)

{

    uint8_t index;

    uint32_t tmp;



tmp = array[0];
for (index = 0; index < len - 1; index++)
{
    array[index] = array[index + 1];
}
array[len - 1] = tmp;



}

//呼吸

//跑马灯

//方位

void sk9822_horse_race(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint32_t interval, uint8_t times)

{

    uint32_t led_frame[LED_NUM] = {0};

    uint8_t i, index;



for (index = 0; index < 12; index++)
{
    led_frame[index] = 0xff000000;
}

for (index = 0; index < 6; index++)
{
    // led_frame[index] = sk9822_gen_data_one_led((0xe0|(index*4)),r-40*index,g-30*index,b-20*index);
    led_frame[index] = sk9822_gen_data_one_led((0xe0 | (32 - index * 4)), r, g, b);
}

for (index = 0; index < times; index++)
{
    while (1)
    {
        sk9822_start_frame();
        for (i = 0; i < 12; i++)
        {
            sk9822_send_data(led_frame[i]);
        }
        sk9822_stop_frame();
        arraymove(led_frame, LED_NUM);
        msleep(interval);
    }
}



}


void sk9822_breath(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint32_t interval)

{

    uint8_t index, cnt, dir;



uint32_t color = sk9822_gen_data_one_led(0xff, r, g, b);

cnt = 0;
dir = 1;

while (1)
{
    if (cnt >= 30)
    {
        dir = !dir;
        cnt = 0;
    }
    cnt++;
    color = sk9822_gen_data_one_led((0xe0 | (dir ? cnt : 31 - cnt)), r, g, b);
    sk9822_start_frame();
    for (index = 0; index < LED_NUM; index++)
    {
        sk9822_send_data(color);
    }
    sk9822_stop_frame();
    msleep(interval);
}



}


void sipeed_init_mic_array_led(void)

{

    sk9822_init();

    //flash 3 times

    sk9822_flash(0xffeec900, 0xffff0000, 200);

    sk9822_flash(0xffeec900, 0xff00ff00, 200);

    sk9822_flash(0xffeec900, 0xff0000ff, 200);

}


// void sipeed_calc_voice_strength(uint8_t voice_data[])

// {

//     uint32_t tmp_sum[12] = {0};

//     uint32_t led_color[12];

//     uint8_t i, index, tmp;


//     for (index = 0; index < 12; index++)

//     {

//         tmp_sum[index] = 0;

//         for (i = 0; i < voice_strength_len[index]; i++)

//         {

//             tmp_sum[index] += voice_data[voice_strength[index][i]];

//         }

//         tmp = (uint8_t)tmp_sum[index] / voice_strength_len[index];

//         led_brightness[index] = tmp > 15 ? 15 : tmp;

//     }

//     sk9822_start_frame();

//     for (index = 0; index < 12; index++)

//     {

//         led_color[index] = (led_brightness[index] / 2) > 1 ? (((0xe0 | (led_brightness[index] * 2)) << 24) | 0xcd3333) : 0xe0000000;

//         sk9822_send_data(led_color[index]);

//     }

//     sk9822_stop_frame();

// }

Micarray 代码

仅供参考用，来源：github；需要分析代码的话建议复制代码到电脑本地编辑器中查看。

更多拓展用法

这里收集了社区小伙伴们贡献的关于麦克风阵列更多的拓展用法，供大家进行参考实现。

如何获取数据格式

麦克风阵列与 K210 是通过 I2S 协议进行通信的，可通过麦克风的通信协议手册查询接收的数据格式。

如何获取声音的强度及角度

声源定位

常见问题

出现报错信息

报错信息

更换其他IO管脚即可