Arduino I2S 正弦波

Question

我正在做一个项目，我想通过组合不同的正弦波来生成（简单）声音。我使用的是 arduino mkrZero，因为它内置了 I2S 接口，而且它似乎有足够的处理能力来满足我的需求。

我已经按照 arduino I2S simpleTone 教程中的方式连接了我的系统：

tutorial 代码运行良好，我从扬声器中得到一个简单的方波音。

现在我已经修改了生成正弦波的代码，有一个用于 sin 函数的查找表以使其足够快：

#include <I2S.h>

uint16_t isin16[] = {
 0, 1144, 2287, 3430, 4571, 5712, 6850, 7987, 9121, 10252, 11380,
 12505, 13625, 14742, 15854, 16962, 18064, 19161, 20251, 21336, 22414,
 23486, 24550, 25607, 26655, 27696, 28729, 29752, 30767, 31772, 32768,

 33753, 34728, 35693, 36647, 37589, 38521, 39440, 40347, 41243, 42125,
 42995, 43851, 44695, 45524, 46340, 47142, 47929, 48702, 49460, 50203,
 50930, 51642, 52339, 53019, 53683, 54331, 54962, 55577, 56174, 56755,

 57318, 57864, 58392, 58902, 59395, 59869, 60325, 60763, 61182, 61583,
 61965, 62327, 62671, 62996, 63302, 63588, 63855, 64103, 64331, 64539,
 64728, 64897, 65047, 65176, 65286, 65375, 65445, 65495, 65525, 65535,
 }; //0-90


const int sincount = 2;
int freqs[] = {50*360,51*360};
float amps[] ={0.1,0.1}; 

const int sampleRate = 8000; // sample rate in Hz

short sample = 0;
double t = 0;
double dt = 1.0/(1.0*sampleRate);

short LR[] = {0,0};

void setup() {
 Serial.begin(115200);
  // start I2S at the sample rate with 16-bits per sample
  if (!I2S.begin(I2S_PHILIPS_MODE, sampleRate, 16)) {
    while (1); // do nothing
  }
}

void loop() {
    sample = 0;
    for(int n= 0;n<sincount;n++)
    {
      sample += fSin(freqs[n]*t)*amps[n];
    }
    t += dt;
    LR[0] = sample;
    LR[1] = sample;

   I2S.write(LR[0]);//left channel
   I2S.write(LR[1]);//right channel
}


float fSin(long x)
{
 boolean pos = true;  // positive - keeps an eye on the sign.
 if (x < 0)
 {
   x = -x;
   pos = false;  
 }  
 if (x >= 360) x %= 360;  
 if (x > 180)
 {
   x -= 180;
   pos = !pos;
 }
 if (x > 90) x = 180 - x;
 if (pos) return isin16[x]; // = /65535.0
 return isin16[x];
}

这也很好用。

但是！

如果我稍微修改一下代码然后写

I2S.write(LR,2);

而不是

I2S.write(LR[0]);//left channel
I2S.write(LR[1]);//right channel

一切都被打破了，扬声器的声音听起来像horrible scream

来自 I2S 库参考：

说明

将二进制数据写入 I2S 接口。此数据作为样本发送 或一系列样品。

语法

I2S.write(val) // 阻塞

I2S.write(buf, len) // 不阻塞

参数

val：作为单个样本发送的值

buf：作为一系列样本发送的数组

len：缓冲区的长度

退货

byte write() 将返回写入的字节数，尽管读取 该数字是可选的。

我想使用后一个版本的 write 函数，因为它不会阻塞，我可以在播放前一个样本的同时生成新样本。

关于如何使缓冲版本也正常工作的任何想法？

Answer 1

在您的代码中，您将LR 声明为array of 2 short，Arduino 中的short 的大小为2 bytes。

当你写这个时：

I2S.write(LR[0]); //left channel
I2S.write(LR[1]); //right channel

给定

size_t I2SClass::write(uint8_t data)
{
    return write((int32_t)data);
}

size_t I2SClass::write(int sample)
{
    return write((int32_t)sample);
}

您的short 值应自动提升以适应int 类型。现在，我对您正在处理的 int 的大小有点不确定，因为我发现的唯一 I2S.h 库是用于 SAMD 板 on which an int has 4 bytes size，但通常在 Arduino 上，int 的大小为 2 bytes。在任何一种情况下，都应该按原样取值，没有问题。

当你写这个时：

I2S.write(LR,2);

给定

size_t I2SClass::write(const uint8_t *buffer, size_t size)
{
    return write((const void*)buffer, size);
}

size_t I2SClass::write(const void *buffer, size_t size)
{
    ...
    written = _doubleBuffer.write(buffer, size);
    ...
}

您的 array of 2 short 应转换为 const void *。

来自I2SDoubleBuffer中的这段代码：

size_t I2SDoubleBuffer::write(const void *buffer, size_t size) {
  size_t space = availableForWrite();

  if (size > space) {
    size = space;
  }

  if (size == 0) {
    return 0;
  }

  memcpy(&_buffer[_index][_length[_index]], buffer, size);

  _length[_index] += size;

  return size;
}

看起来_doubleBuffer 不知道样本的声明大小（您声明它属于16 bits），它只是复制@987654343 @ 从输入到内部缓冲区的字节。

因此，我猜想真正发生的情况是，当您要求缓冲 2 shorts 时，实际上只复制了 2 bytes。

---

示例：

假设您的LR 包含以下值

short LR[2] = { 0x89AB, 0xCDEF };

那么这就是我想象的它发生了

I2S.write(LR[0]); // actual left sample is 0x89AB
I2S.write(LR[1]); // actual right sample is 0xCDEF

I2S.write(LR, 2); // actual left sample is 0x89AB
                  // 0xCDEF is not copied
/* next loop iteration */
I2S.write(LR, 2); // actual right sample is 0x89AB 
                  // 0xCDEF is not copied

---

建议的解决方案：

尝试要求复制4 bytes：

I2S.write(LR, 4); // actual left sample is 0x89AB 
                  // actual right sample is 0xCDEF