实验LIS25BA骨振动传感器采集音频

cruelfox

实验LIS25BA骨振动传感器采集音频 [复制链接]

 

 

　　收到的ST这个骨振动传感器带了一个FPC适配板，免了制作PCB封装的问题，方便接线测试。

　　不过，因为电压支持只有 1.8V, 于是蝴蝶粉手头的 Nucleo 板子都不能直接用。要不得自己画一块带 3.3V <--> 1.8V 电平转换的板子，要不就想办法把MCU电压用成1.8V 以直接连接。

　　因为传感器的信号输出是 TDM 接口，STM32 的具备 SAI (Serial Audio Interface) 的型号都可以直接支持（真的不少了，SAI也算主流配置该有的）。我实验音频采集用的是 STM32L476, 借用了一块自己设计的带USB的评估板来接收TDM信号，因为没有引出空余的I/O口，只好飞线连接。

　　传感器一共需要 MCLK, BCLK, WCLK 三个时钟信号，其中 MCLK 是主时钟，内部ADC转换必须用这个时钟，它决定了采样频率。在 MCLK=12.288MHz 时，对应输出 24kHz 或 16kHz, 8kHz 采样频率。假如 MCLK 变了，采样频率也会随之变化。BCLK, WCLK 是 TDM 接口传输数据需要的，WCLK 输出采样频率，BCLK 决定码流的速率。注意，WCLK 和 BCLK 必须与 MCLK 同步，必须是 MCLK 的整数分频，且 BCLK 也必须是 WCLK 整数倍频。按照手册表格中来，WCLK 就只能取 8kHz/16kHz/24kHz 三种了，对应 MCLK/WCLK 比 1536x, 768x 和 512x

　　STM32 SAI 的引脚在 TDM 模式与传感器连接关系就是：

       SAI_FS  ----  WCLK

       SAI_SCK ---- BCLK

       SAI_SD  ----  SDOUT

　　至于 MCLK, 12.288MHz 时钟的产生有多种办法，只要保证与 SAI 接口的时钟同源就可以了，比如用 MCU 的 MCO 输出，用 SAI, SPI, Timer 等等硬件输出。

　　TDM是对数字音频常用的I2S接口的扩展，因为 I2S 只能传输 L/R 两个通道数据，而 TDM 支持多通道。这个传感器需要 XYZ ３个通道。按照手册中典型的 8kHz/1.024MHz 这样的 WCLK/BCLK 比例，一个采样周期可以传输 128 bits 数据，等于 8 个 slot (每个数据占16 bits)。

　　SDOUT 与 WCLK 波形对应是这样的：（我的示波器只有两通道，不能同时看BCLK）

　　这是选择在前三个slot发送数据，SDOUT相对WCLK没有延迟。SAI 输出 TDM WCLK 高电平为16个BCLK周期（一个slot长度）。

 

　　LIS25BA上电的时候是 power-down 的，TDM接口也关闭了，所以必须用 I2C 配置一下才可以用。

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cruelfox

SAI 的 TDM 配置方法：

MCU引脚分配，我用了两个SAI模块，其中一个仅仅用来产生 MCLK （原因后面讲）

　　SAI1 Block A 工作在 TDM (master receive) 模式，并启用 DMA 传输数据。我的 SAI 时钟是 24.576MHz, FS频率(即WCLK频率)是 24kHz，那么要使用 SAI CR1寄存器 MCKDIV 位配置分频。

　　这里并没有体现出来 FS 的频率，但是手册中有一句：In the SAI, the single ratio MCLK/FS = 256 is considered. 于是，图上的 MCLK_x 该为 256x24kHz = 6.144MHz, 需要 MCKDIV 进行4分频。也正是因为 SAI 的 MCLK/FS 比例与传感器需要的不一致，不能直接用 SAI 输出的 MCLK 给传感器，所以我才单独用了 SAI2 Block B 来提供 MCLK 输出。

　　我只选择了 slot 0, slot 1两个通道的数据接收，对应到 USB audio 数据的左右声道，方便于录音。因为测试代码是在USB声卡的代码上改来的，DMA采集也保留了32-bit传输，实际有效数据只有低16位。

　　这个传感器是三轴加速度计，对重力方向也是敏感的，从测试录音的直流偏移可以体现出来。

　　录音的效果？　因为缺乏载具，拖着一堆飞线也很不方便，我不保证它可靠采集了“骨振动”。如果手持板子，让传感器靠在脸上，录下来的声音很微弱，浑浊。后来，我干脆用手指把传感器按在皮肤上，录了下面这一段，粗略能听出来是在说话了。附件中 mp3 是用软件处理做过加了增益的。

 

dcexpert

没有合适的配套板子，这个传感器用起来真的非常麻烦

generalcircuits

见识了，感谢分享，这种资料还是第一次接触

athrun_chen

学习了

电小虫

楼主是用的3.3V转1.8V，还是MCU降压到1.8V直接连接呢？

天眼123

我也是靠在脸上声音很浑浊，很微弱，但是当我直接用手将他按在皮肤上时有杂音，也没有其他干扰，不知道楼主有没有遇到这种情况，（我用的不是ST的芯片，但是M3内核的芯片）

cruelfox

天眼123 发表于 2019-9-24 11:38 我也是靠在脸上声音很浑浊，很微弱，但是当我直接用手将他按在皮肤上时有杂音，也没有其他干扰，不知道楼主 ...

是的，我也发现了杂音，怀疑是电引起的。

led2015

在自己DIY的时候，要是有那种接线柱的插板，用于连接电线，估计会好看许多，也不用焊接了

Fly666

搞个挂式耳机，把25BA的板子用胶布粘上，挂入耳就可以录音了。录的声音很沉闷是因为传感器本身带宽的问题，音色不够亮。