https://www.hackster.io/sandeep-mistry/create-a-usb-microphone-with-the-raspberry-pi-pico-cc9bd5
Sandeep Mistry 发布于2021 年 5 月 20 日
本指南将引导您使用RP2040的PIO、DMA和USB功能在树莓派PICO上创建一个USB麦克风。
此项目中使用的东西
硬件组件
故事
本指南是代表 Arm 软件开发团队创建的，请关注我们的推特：@ArmSoftwareDev和 YouTube：Arm软件开发人员 以获得更多资源！
介绍
本指南将介绍如何使用树莓派 Pico板和外部数字麦克风创建自己的USB麦克风设备。该项目将利用RP2040微控制器（MCU）板的编程I/O（PIO）、直接内存访问（DMA）和通用串行总线（USB）功能。
USB
USB是1996年发布的一个非常流行的标准，用于有线计算机外围设备，如键盘、鼠标、打印机、扫描仪和麦克风。
树莓派Pico开发板的RP2040 MCU具有“USB 1.1主机/设备”功能，允许您连接到现有USB外围设备（主机模式）或创建自己的USB外围设备（设备模式）。树莓派 Pico SDK使用TinyUSB库作为其USB软件堆栈。
微型USB库是“一个用于嵌入式系统的开源跨平台USB堆栈”，支持多种类型的MCU，包括树莓派 RP2040。并且支持设备和主机模式。我们可以使用它的内置USB音频类支持，将我们的Pico转换成USB麦克风设备。
选择麦克风
RP2040 MCU具有内置4通道模数转换器（ADC）功能，具有12位精度，可用于从外部模拟麦克风采集音频，但是我们发现模拟麦克风的音频质量包含大量噪声，因此将改用数字麦克风。
数字话筒有两种常见接口：
- 脉冲密度调制（PDM）
- 内部IC声音标准（I2S）
虽然RP2040没有对这两种接口类型的内置支持，但超级灵活的可编程I/O（PIO）功能可用于在软件中创建我们自己的PDM或I2S外围接口。我将在一个引脚上生成一个输出时钟信号到麦克风，并使用另一个引脚从麦克风接收数据。对于本指南，我们将使用Adafruit PDM MEMS麦克风转接板。
PDM 如何工作？
当PDM麦克风接收到时钟信号时，它会根据从麦克风捕获的模拟音频值输出0或1信号。要以每秒16000个采样（16kHz）的速度捕获音频，PDM麦克风的时钟输入必须以1.024MHz=64x16kHz的频率驱动，然后PDM麦克风的数据单可以进行滤波和降采样。对于每个样本，对64个值的0或1输出进行平均，为样本创建一个介于-32678和32767之间的16位值。
您可以使用逻辑分析器（如Saleae）查看PDM CLK和DAT信号。
处理流程
系统将执行以下操作：
1.使用PIO向PDM麦克风生成1.024 MHz时钟信号。
2.使用PIO在每个时钟周期从PDM麦克风捕获一个数字值。
3.DMA将配置为捕获1毫秒的音频，采样率为16 kHz，每毫秒生成16个采样。16个样本将由64 x 16=1024位组成。
4.一旦接收到16个样本的原始PDM数据，它将使用OpenPDM2PCM库对1024位原始PDM数据进行过滤和下采样，将其转换为16位脉冲编码调制（PCM）16位音频样本。
5.通过USB将16个PCM音频样本发送到PC。
硬件设置
将公头焊接到树莓派Pico板和Adafruit PDM MEMS麦克风转接板上，这样就可以将它们插入到面包板中。请参阅MagPi的“如何将GPIO引脚头焊接到Raspberry Pi Pico”指南https://magpi.raspberrypi.org/articles/how-to-solder-gpio-pin-headers-to-raspberry-pi-pico，以了解有关将引脚头焊接到树莓派 Pico板的更多详细信息。
两个项目焊接完成后，将其放在试验板上，并按如下方式设置接线：
注意：连接PDM麦克风。SEL到GND将导致它在时钟信号下降（从逻辑电平1到0）后时钟输出新数据。
设置picosdk开发环境
您首先需要使用树莓派Pico SDK和必需的工具链来设置您的计算机。
有关更多信息，请参阅“Raspberry Pi Pico入门”。https://datasheets.raspberrypi.org/pico/getting-started-with-pico.pdf
本指南第2.1节适用于所有操作系统，后面是操作特定部分：
- Linux:第2.2节
- MacOS：第9.1节
- Windows：第9.2节
获取和编译pico麦克风库及示例
确保设置了PICO_SDK环境变量。
export PICO_SDK_PATH=/path/to/pico-sdk在终端窗口中，克隆git存储库并更改目录
cd ~/
git clone https://github.com/sandeepmistry/pico-microphone.git
cd pico-microphone创建生成目录并将目录更改为当前目录：
mkdir build
cd build运行cmake并使其编译：
cmake .. -DPICO_BOARD=pico
make按住主板上的BOOTSEL按钮，同时用USB电缆将主板插入计算机。
将examples/usb_microphone/usb_microphone.uf2文件复制到已安装的树莓派 Pico引导ROM磁盘：
cp -a examples/usb_microphone/usb_microphone.uf2 /Volumes/RPI-RP2/.您应该会看到一个名为“MicNode”的新麦克风设备连接到您的系统：
录制音频数据
现在，我们已经将树莓派Pico板配置为USB麦克风，任何桌面录音应用程序（如Audacity）都可以用于通过USB从设备捕获数据。
在您的计算机上下载并安装Audacity。
安装完成后，打开应用程序，选择“MicNode”设备作为输入。
单击记录⏺ 按钮开始录制的树莓派Pico音频。按下停止按钮⏹ 停止录制音频的按钮。
结论
我们创建了自己的USB麦克风使用树莓派Pico和外部PDM麦克风。树莓派RP2040的PIO、DMA和USB硬件功能都在本项目中使用，同时还使用了RP2040的Arm Cortex-M0+处理器上的OpenPDM2PCM和TinyUSB软件库。
我们的USB麦克风从PDM麦克风捕获PDM音频数据，将PDM数据转换为PCM格式，然后通过USB将PCM数据实时发送到PC！由于USB音频标准用于树莓派Pico板和PC之间的通信，因此PC端不需要定制软件。
当本指南通过USB将音频数据从树莓派 Pico传输到PC时，您还可以使用带有模拟或PDM麦克风的Pico麦克风库，并在没有PC的情况下执行设备上的数字信号处理（DSP）以响应电路板的音频环境。
附加树莓派RP2040资源
有关使用树莓派RP2040的更多教程，请查看以下项目：
How to add LoRaWAN to the Raspberry Pi Pico
Connect your Adafruit Feather RP2040 to The Things Network V3 using LoRaWAN
Enable Ethernet connectivity on your Raspberry Pi Pico
Low-power IoT intruder detector with the Raspberry Pi 4 and Pico
