Acionando o Microfone do reTerminal D1001
Introdução
Este wiki mostra como acionar o microfone I2S no reTerminal D1001 e como construir um loop completo de gravação e reprodução:
- Gravar a partir do microfone por 10 segundos (caminho de captura ES7210).
- Reproduzir os dados PCM gravados por 10 segundos (caminho do alto-falante ES8311).
- Repetir continuamente para validar ambos os pipelines de áudio RX e TX.
O caminho de áudio neste exemplo inclui três partes principais:
- ESP32-P4: Captura dados PCM do microfone e envia dados PCM para reprodução.
- ES7210 (endereço I2C:
0x40): Converte sinais analógicos do microfone em dados I2S digitais. - ES8311 + controle de PA (PCA9535): Converte PCM em saída para o alto-falante e habilita o amplificador de potência para reprodução.
Arquitetura de Microfone + Alto-falante
Diagrama de Blocos (ES7210 + ES8311)
Tabela de Mapeamento de Pinos
| Grupo de Sinais | Nome do Sinal | Pino ESP32-P4 | Dispositivo Conectado | Descrição |
|---|---|---|---|---|
| Controle I2C Compartilhado | I2C_SDA | GPIO20 | ES7210 / PCA9535 | Linha de dados I2C compartilhada para configuração do ES7210 e controle do PA |
| Controle I2C Compartilhado | I2C_SCL | GPIO21 | ES7210 / PCA9535 | Linha de clock I2C compartilhada |
| I2S do Microfone (RX) | ADC_I2S_MCLK | GPIO29 | ES7210 | Clock mestre para ES7210 |
| I2S do Microfone (RX) | ADC_I2S_SCLK | GPIO28 | ES7210 | Clock de bits para o caminho de captura do ES7210 |
| I2S do Microfone (RX) | ADC_I2S_LRCK | GPIO27 | ES7210 | Seleção de palavra (LRCK) |
| I2S do Microfone (RX) | ADC_I2S_SDOUT | GPIO26 | ES7210 | Saída de dados PCM do ES7210 para o ESP32-P4 |
| Controle de PA | EN_PA (EXP_GPO11) | PCA9535 P13 | Amplificador de Potência | Manter em HIGH ao validar o loop de reprodução microfone + alto-falante |
Esta tabela foca no caminho do microfone. Neste exemplo, o ES8311 também compartilha o mesmo barramento I2C para configuração do codec de reprodução.
Fluxo de Software
Repositório de Exemplo no GitHub
Baixe o repositório oficial do reTerminal D1001 no GitHub:
Estrutura de Diretórios do Projeto
O diagrama a seguir mostra a estrutura de diretórios do projeto usada neste exemplo.
dica
Navegue até o diretório de exemplo de gravação e reprodução para ES7210 + ES8311 no repositório (por exemplo, driver_examples/02_I2SCodec_es7210).
Sequência de Execução de Desenvolvimento
Etapa 1. Inicializar o Controle de PA via PCA9535
O caminho do alto-falante requer que o pino de habilitação do PA seja acionado através do PCA9535 (P13 = HIGH).
static esp_err_t pca9535_write_reg(uint8_t reg, uint8_t data)
{
uint8_t write_buf[2] = {reg, data};
return i2c_master_write_to_device(1, PCA9535_I2C_ADDR, write_buf, sizeof(write_buf), 1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}
static void pca9535_init(void)
{
int i2c_master_port = 1; // Use I2C_NUM_1
i2c_config_t conf = {
.mode = I2C_MODE_MASTER,
.sda_io_num = MISC_I2C_SDA,
.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
.scl_io_num = MISC_I2C_SCL,
.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
.master.clk_speed = 100000,
};
i2c_param_config(i2c_master_port, &conf);
i2c_driver_install(i2c_master_port, conf.mode, 0, 0, 0);
pca9535_write_reg(0x06, 0x00);
pca9535_write_reg(0x07, 0x00);
pca9535_write_reg(0x02, 0x00);
pca9535_write_reg(0x03, 0x08); // Set P13 (EXP_GPO11) to HIGH
}
Etapa 2. Inicializar I2S para ES8311 (TX do Alto-falante)
Configure um canal I2S TX para reprodução no ES8311.
static esp_err_t i2s_driver_init_es8311(void)
{
i2s_chan_config_t tx_chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM, I2S_ROLE_MASTER);
tx_chan_cfg.auto_clear = true;
ESP_ERROR_CHECK(i2s_new_channel(&tx_chan_cfg, &tx_handle_es8311, NULL));
i2s_std_config_t std_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(EXAMPLE_SAMPLE_RATE),
.slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = I2S_MCK_IO,
.bclk = I2S_BCK_IO,
.ws = I2S_WS_IO,
.dout = I2S_DO_IO,
.din = I2S_GPIO_UNUSED,
},
};
std_cfg.clk_cfg.mclk_multiple = EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE;
ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_std_mode(tx_handle_es8311, &std_cfg));
ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(tx_handle_es8311));
ESP_LOGI(TAG, "ES8311 I2S initialized");
return ESP_OK;
}
Etapa 3. Inicializar o Codec ES8311
O ES8311 é configurado para o formato de reprodução do alto-falante e volume.
static esp_err_t es8311_codec_init(void)
{
const i2c_config_t es_i2c_cfg = {
.sda_io_num = I2C_SDA_IO,
.scl_io_num = I2C_SCL_IO,
.mode = I2C_MODE_MASTER,
.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
.master.clk_speed = 100000,
};
i2c_param_config(I2C_NUM, &es_i2c_cfg);
i2c_driver_install(I2C_NUM, I2C_MODE_MASTER, 0, 0, 0);
es8311_handle_t es_handle = es8311_create(I2C_NUM, ES8311_ADDRRES_0);
const es8311_clock_config_t es_clk = {
.mclk_inverted = false,
.sclk_inverted = false,
.mclk_from_mclk_pin = true,
.mclk_frequency = EXAMPLE_MCLK_FREQ_HZ,
.sample_frequency = EXAMPLE_SAMPLE_RATE
};
ESP_ERROR_CHECK(es8311_init(es_handle, &es_clk, ES8311_RESOLUTION_16, ES8311_RESOLUTION_16));
ESP_ERROR_CHECK(es8311_sample_frequency_config(es_handle, EXAMPLE_SAMPLE_RATE * EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE, EXAMPLE_SAMPLE_RATE));
ESP_ERROR_CHECK(es8311_voice_volume_set(es_handle, EXAMPLE_VOICE_VOLUME, NULL));
ESP_ERROR_CHECK(es8311_microphone_config(es_handle, false));
ESP_LOGI(TAG, "ES8311 codec configured");
return ESP_OK;
}
Etapa 4. Inicializar I2S + ES7210 (RX do Microfone)
Configure a captura do microfone a partir do ES7210 através de I2S RX.
static esp_err_t i2s_driver_init_es7210(void)
{
i2s_chan_config_t rx_chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(ES7210_I2S_NUM, I2S_ROLE_MASTER);
ESP_ERROR_CHECK(i2s_new_channel(&rx_chan_cfg, NULL, &rx_handle_es7210));
i2s_std_config_t std_cfg = {
.clk_cfg = I2S_STD_CLK_DEFAULT_CONFIG(EXAMPLE_SAMPLE_RATE),
.slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO),
.gpio_cfg = {
.mclk = ES7210_I2S_MCK_IO,
.bclk = ES7210_I2S_BCK_IO,
.ws = ES7210_I2S_WS_IO,
.dout = I2S_GPIO_UNUSED,
.din = ES7210_I2S_DI_IO,
},
};
std_cfg.clk_cfg.mclk_multiple = EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE;
ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_std_mode(rx_handle_es7210, &std_cfg));
ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(rx_handle_es7210));
ESP_LOGI(TAG, "ES7210 I2S initialized in STD mode (Stereo)");
return ESP_OK;
}
static esp_err_t es7210_codec_init(void)
{
es7210_dev_handle_t es7210_handle = NULL;
es7210_i2c_config_t i2c_conf = {
.i2c_port = I2C_NUM,
.i2c_addr = ES7210_ADDRRES_00
};
ESP_ERROR_CHECK(es7210_new_codec(&i2c_conf, &es7210_handle));
es7210_codec_config_t codec_conf = {
.sample_rate_hz = EXAMPLE_SAMPLE_RATE,
.mclk_ratio = EXAMPLE_MCLK_MULTIPLE,
.i2s_format = ES7210_I2S_FMT_I2S,
.bit_width = ES7210_I2S_BITS_16B,
.mic_bias = ES7210_MIC_BIAS_2V87,
.mic_gain = ES7210_MIC_GAIN_24DB,
.flags.tdm_enable = false
};
ESP_ERROR_CHECK(es7210_config_codec(es7210_handle, &codec_conf));
ESP_ERROR_CHECK(es7210_config_volume(es7210_handle, 0));
ESP_LOGI(TAG, "ES7210 codec configured");
return ESP_OK;
}
Etapa 5. Gravar 10s e Reproduzir 10s em Loop
Aloque um buffer em PSRAM, grave em blocos a partir do ES7210 e depois escreva o PCM gravado no ES8311.
static void record_play_task(void *args)
{
int16_t *record_buf = heap_caps_malloc(RECORD_BUFFER_SIZE, MALLOC_CAP_SPIRAM | MALLOC_CAP_8BIT);
if (!record_buf) {
vTaskDelete(NULL);
return;
}
size_t bytes_read = 0;
size_t bytes_written = 0;
while (1) {
size_t total_read = 0;
size_t chunk_size = 4096;
// Record phase (10s)
while (total_read < RECORD_BUFFER_SIZE) {
size_t to_read = RECORD_BUFFER_SIZE - total_read;
if (to_read > chunk_size) {
to_read = chunk_size;
}
if (i2s_channel_read(rx_handle_es7210, (uint8_t *)record_buf + total_read, to_read, &bytes_read, portMAX_DELAY) == ESP_OK) {
total_read += bytes_read;
} else {
break;
}
}
// Playback phase (10s)
size_t total_written = 0;
while (total_written < total_read) {
size_t to_write = total_read - total_written;
if (to_write > chunk_size) {
to_write = chunk_size;
}
if (i2s_channel_write(tx_handle_es8311, (uint8_t *)record_buf + total_written, to_write, &bytes_written, portMAX_DELAY) == ESP_OK) {
total_written += bytes_written;
} else {
break;
}
}
}
}
Etapa 6. Entrada principal
Inicialize todos os módulos em ordem e, em seguida, inicie a tarefa de gravação e reprodução.
void app_main(void)
{
printf("\n============================================\n");
printf(" Record & Play Example (ES7210 + ES8311) \n");
printf("============================================\n\n");
pca9535_init();
if (i2s_driver_init_es8311() != ESP_OK) {
abort();
}
if (es8311_codec_init() != ESP_OK) {
abort();
}
if (i2s_driver_init_es7210() != ESP_OK) {
abort();
}
if (es7210_codec_init() != ESP_OK) {
abort();
}
xTaskCreatePinnedToCore(record_play_task, "record_play_task", 32768, NULL, 5, NULL, 0);
}
Log serial esperado antes da gravação
Ao usar nosso projeto de exemplo, antes que a primeira gravação de 10 segundos comece, o monitor serial deve exibir mensagens de inicialização semelhantes a:
Record & Play Example (ES7210 + ES8311)
PCA9535 initialized, P13 set to HIGH
ES8311 I2S initialized
ES8311 codec configured
ES7210 I2S initialized in STD mode (Stereo)
ES7210 codec configured
=== Start Recording for 10 seconds ===
Se esses logs não aparecerem em sequência, verifique primeiro o valor de retorno de cada etapa de inicialização.
Solução de problemas
P1: Sem som durante a reprodução
- Verifique: Confirme se o PCA9535 foi inicializado e se o P13 (
EN_PA) está em nível ALTO. - Verifique: Confirme os pinos I2S TX do ES8311 e a execução de
i2s_channel_enable(tx_handle_es8311).
P2: Nenhum dado capturado do microfone
- Verifique: Confirme o mapeamento dos pinos I2S RX do ES7210 e a execução de
i2s_channel_enable(rx_handle_es7210). - Verifique: Confirme o endereço I2C do ES7210 e o valor de retorno da inicialização do codec.
P3: Áudio distorcido ou ruído alto
- Verifique: Mantenha a taxa de amostragem e a razão MCLK consistentes entre ES8311, ES7210 e as configurações de I2S.
- Verifique: Reduza o ganho do microfone (por exemplo, menor que
ES7210_MIC_GAIN_24DB) se ocorrer clipping em campo próximo. - Verifique: Se a saída do alto-falante tiver ruído metálico contínuo ou voz incompleta, confirme a configuração do slot do canal:
slot_cfg = I2S_STD_PHILIPS_SLOT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_STEREO). - Verifique: Certifique-se de que o alinhamento dos canais RX/TX esteja correto; incompatibilidade mono/estéreo pode causar voz truncada ou robótica.