【Follow me第二季第4期】PDM 数据打印及音频波形

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【Follow me第二季第4期】PDM 数据打印及音频波形 [复制链接]

 

    PDM 简介

    PDM（Pulse Density Modulation：脉冲密度调制）是一种数字信号调制方式，通过调整脉冲的密度来表示模拟信号的幅度。与常见的 PWM（脉宽调制）相比，PDM 的工作原理更加精简，它是通过不同的 “1” 和 “0” 信号密度来表示音频信号的强度。

    PDM 的工作原理

    在 PDM 中，音频信号被转换为一系列的脉冲，脉冲的数量和频率对应音频信号的强弱。举个例子，如果音频信号的幅度较大，那么 PDM 信号中 “1” 的脉冲会比较频繁；如果音频信号的幅度较小，则 “1” 的脉冲密度较低。

    与传统的模拟信号相比，PDM 信号优点

        易于数字化处理：PDM 信号本身已经是数字信号，可以直接送入数字处理器进行后续处理。

        抗噪能力强：由于信号是通过高频率的脉冲来传输，PDM 对噪声的抗干扰能力较强。

        低功耗：通常，PDM 麦克风的功耗较低，适合于便携式设备。

 

 

    MP34DT06JTR 简介

    Arduino Nano RP2040 Connect 板载的麦克风 ST MP34DT06JTR 是一颗单声道麦克风，由意法半导体（STMicroelectronics）生产。详细资料见 ST 官方数据手册 Datasheet - MP34DT06J 。

    特点

        传感器类型：基于MEMS（微机电系统）技术，拥有高灵敏度和低功耗。

        输出格式：提供PDM（脉冲密度调制）信号输出，这种格式适合直接接入微控制器的PDM解码接口。

        频率范围：能够捕捉20Hz到20kHz的声音，非常适合用于语音识别、音频采集等场景。

        供电电压：支持 1.8V 到 3.6V 的宽电压范围。

        方向性：全向（Omnidirectional），意味着它能够均匀捕捉来自各方向的声音。

    工作原理

    MP34DT06JTR 通过拾取声波振动，生成对应的数字PDM信号。微控制器通过解码PDM信号，转换为音频样本。

 

 

    在 Arduino 平台上使用 PDM 麦克风

    Arduino Nano RP2040 Connect 提供了对 PDM 麦克风的支持，Arduino 官方有专门的 PDM 库，文档参考 PDM Library。

    初始化

    ：PDM初始化

     注：channels 为通道数量，1 为单声道，2 为立体声；sampleRate 为采样率。

    获取数据：

    ：获取可读字节数

    ：接收 PDM 数据

     注：buffer 为用于存储 PDM 数据的数组；size 为读取的字节数。

 

 

    演示视频

 

 

 

    示例代码

    因为板载的麦克风是一颗单声道麦克风，所以 channels = 1。PDM 采样率为 20000 Hz。

#include <PDM.h>

// 声道数量（仅支持单声道，固定为 1）
static const char channels = 1;

// PDM 数据的采样率（单位：Hz）
static const int frequency = 20000;

// 用于存储音频样本的缓冲区，每个样本是 16 位
short sampleBuffer[512];

// 读取到的音频样本数量，使用 volatile 修饰以确保线程安全
volatile int samplesRead;

void setup() {
  // 初始化串口，用于调试和打印信息
  Serial.begin(9600);

  // 等待串口连接（仅用于调试模式）
  while (!Serial);

  // 配置 PDM 麦克风的数据接收回调函数
  PDM.onReceive(onPDMdata);

  // 初始化 PDM 麦克风
  if (!PDM.begin(channels, frequency)) {
    Serial.println("PDM 初始化失败！");
    while (1); // 如果初始化失败，则进入死循环
  }
}

void loop() {
  // 检查是否有新的音频样本
  if (samplesRead > 0) {
    // 遍历并打印读取到的样本数据
    for (int i = 0; i < samplesRead; i++) {
      Serial.println(sampleBuffer[i]); // 打印单声道样本值
    }

    // 清除样本读取计数
    samplesRead = 0;
  }
}

/**
 * 回调函数，用于处理 PDM 麦克风采集的数据。
 * 注意：该函数在中断服务程序（ISR）中执行，必须保持简洁高效。
 */
void onPDMdata() {
  // 查询缓冲区中可用字节数
  int bytesAvailable = PDM.available();

  // 从缓冲区读取音频数据到样本缓冲区
  PDM.read(sampleBuffer, bytesAvailable);

  // 每个样本为 16 位（2 字节），计算样本数量
  samplesRead = bytesAvailable / 2;
}