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MicroPython 开发ESP32应用教程之 I2S、INMP441音频录制、MAX98357A音频播放、SD卡读写

news 来源：原创 2025/9/16 0:45:56

本课程我们讲解Micropython for ESP32 的i2s及其应用，比如INMP441音频录制、MAX98357A音频播放等，还有SD卡的读写。

一、硬件准备

1、支持micropython的ESP32S3开发板
2、INMP441数字全向麦克风模块
3、MAX98357A音频播放模块
4、SD卡模块
5、面包板及连接线若干

连接方式：

inmp441	MAX98357A	ESP32S3
SD		IO13
WS		IO12
SCK		IO11
L/R接地
	SD接VCC
	GAIN接地
	DIN	IO37
	BCLK	IO38
	LRC	IO39

SD卡模块	ESP32S3
SCK	IO4
MOSI	IO5
MISO	IO16
CS	IO17

二、i2s介绍

一）、I2S协议基础

I2S（Inter-IC Sound）是一种同步串行通信协议，专为数字音频设备设计，支持单向/双向音频数据传输。其物理层包含三条信号线：

‌SCK‌（串行时钟）：同步数据传输速率
‌WS‌（字选择）：区分左右声道或定义采样率
‌SD‌（串行数据）：传输实际音频数据流‌

二）、MicroPython I2S类特性

A. 仅支持主设备操作模式，可控制SCK和WS信号的生成，适用于连接麦克风、
DAC等从设备‌

B. 支持ESP32、STM32、RP2等主流微控制器平台，通过统一接口简化跨硬件开发‌

三）、核心功能实现

‌音频输入/输出‌
- ‌录音‌：从麦克风模块获取PCM音频数据
- ‌播放‌：向DAC或音频解码器发送音频流‌27。

‌参数灵活配置‌
初始化时可设置关键参数：

i2s = I2S(id,  # 硬件实例编号（如I2S.NUM0）sck=Pin(11), ws=Pin(12), sd=Pin(13),  # 引脚映射mode=I2S.RX,  # 模式（RX/TX）bits=16,      # 采样位深format=I2S.MONO,  # 声道格式 MONO为单声道，STEREO为立体声rate=16000,   # 采样率ibuf=8092)   # 输入缓冲区大小‌:ml-citation{ref="4,7" data="citationList"}

‌中断与DMA支持‌
支持异步数据读写，通过DMA减少CPU占用率，提升实时性‌

四）、典型应用场景

‌音频播放器‌
播放WAV/MP3文件（需解码库支持）‌。
‌语音采集系统‌
连接INMP441等数字麦克风实现环境音录制‌。
‌实时语音处理‌
结合神经网络进行关键词识别或声纹分析‌

三、MicroPython SD卡介绍

一）、SD卡初始化与挂载

硬件接口配置‌
使用SPI模式连接SD卡（需4线：CLK/MOSI/MISO/CS），典型ESP32配置示例：

from sdcard import SDCard
import os, time, gcspi = SPI(2,baudrate=80000000,polarity=0,phase=0,sck=Pin(4),mosi=Pin(5),miso=Pin(16))
sd = SDCard(spi,Pin(17,Pin.OUT))

二）、文件操作API

基础文件读写‌
使用标准文件操作接口：

def test_sd():os.mount(sd,'/sd')# 重新查询系统文件目录print('挂载SD后的系统目录:{}'.format(os.listdir()))with open("/sd/test.txt", "w") as f:f.write(str("Hello MicroPython！"))# 从sd卡目录下读取hello.txt文件内容with open("/sd/test.txt", "r") as f:# 打印读取的内容data = f.read()print (data)

四、inmp4411录制音频

通过前面的讲解，这一小节的内容需要掌握的知识点我们都已经掌握，直接上代码：

audiofilename = '/sd/rec.pcm'
def record_audio(filename=audiofilename, duration=5, sample_rate=16000):
#     # 硬件诊断print("初始化I2S...")try:i2s = I2S(0,sck=Pin(11), ws=Pin(12), sd=Pin(13),mode=I2S.RX,bits=16,format=I2S.MONO,rate=sample_rate,ibuf=4096)except Exception as e:print("I2S初始化失败:", e)return# 计算数据量bytes_per_second = sample_rate * 2  # 16bit=2字节total_bytes = bytes_per_second * duration
#    header = createWavHeader(sample_rate, 16, 1, total_bytes)# 录音循环try:with open(audiofilename, 'wb') as f:
#            f.write(header)start_time = time.ticks_ms()bytes_written = 0buffer = bytearray(2048)  # 小缓冲区减少内存压力while bytes_written < total_bytes:read = i2s.readinto(buffer)if read == 0:print("警告：未读取到数据")continuef.write(buffer[:read])bytes_written += readgc.collect()# 实时进度elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start_time) / 1000print(f"进度: {bytes_written/total_bytes*100:.1f}%, 时间: {elapsed:.1f}s")except OSError as e:print("文件写入错误:", e)finally:i2s.deinit()
#        print("录音结束，文件大小:", os.stat(audiofilename)[6], "字节")print("录音结束，文件大小:", bytes_written, "字节")

但这里需要说明一下的是，我们刚开始开发的时候，录制的音频文件中的数据全是0，也就是说没有声音，噪音都没有，检查连接线、换IO口等等，各种折腾，但问题依然存在，后来因为出了其它的错误，就暂停了，具体可以参考：MicroPython 开发ESP32应用教程之 WIFI、BLE共用常见问题处理及中断处理函数注意事项

上文中提到的问题处理完后，我们继续折腾音频录制及播放的功能，奇怪的事情发生了，连接好各功能模块后，测试，居然好了，怀疑是上文中提到的电源的问题，但把外接电源移除，测试没有问题。

也就是说，到现在，我们还是不知道之前为什么有问题？现在为什么好了？只能怀疑电源不稳？

五、MAX98357A音频播放

这个也没什么好讲，直接上代码吧

audiofilename = '/sd/rec.pcm'audio_out = I2S(1, sck=Pin(38), ws=Pin(39), sd=Pin(37), mode=I2S.TX, bits=16, format=I2S.MONO, rate=16000, ibuf=20000)
def play_audio(filename='/sd/rec.wav', duration=5, sample_rate=16000):        #    audio_out.volume(80)with open(audiofilename,'rb') as f:# 跳过文件的开头的44个字节，直到数据段的第1个字节
#        pos = f.seek(44) # 用于减少while循环中堆分配的内存视图wav_samples = bytearray(1024)wav_samples_mv = memoryview(wav_samples)print("开始播放音频...")#并将其写入I2S DACwhile True:try:num_read = f.readinto(wav_samples_mv)# WAV文件结束if num_read == 0: break# 直到所有样本都写入I2S外围设备num_written = 0while num_written < num_read:num_written += audio_out.write(wav_samples_mv[num_written:num_read])except Exception as ret:print("产生异常...", ret)

六、完整代码

该代码简单修改可保存为WAV格式文件，可以用我们常见的音频播放软件播放。

from machine import I2S, Pin,SPI
from sdcard import SDCard
import os, time, gcspi = SPI(2,baudrate=20000000,polarity=0,phase=0,sck=Pin(4),mosi=Pin(5),miso=Pin(16))
sd = SDCard(spi,Pin(17,Pin.OUT))audiofilename = '/sd/rec.pcm'
def createWavHeader(sampleRate, bitsPerSample, num_channels, datasize):    riff_size = datasize + 36 - 8  # 修正RIFF块大小header = bytes("RIFF", 'ascii')header += riff_size.to_bytes(4, 'little')header += bytes("WAVE", 'ascii')header += bytes("fmt ", 'ascii')header += (16).to_bytes(4, 'little')          # fmt块大小header += (1).to_bytes(2, 'little')            # PCM格式header += num_channels.to_bytes(2, 'little')   # 声道数header += sampleRate.to_bytes(4, 'little')     # 采样率header += (sampleRate * num_channels * bitsPerSample // 8).to_bytes(4, 'little')  # 字节率header += (num_channels * bitsPerSample // 8).to_bytes(2, 'little')  # 块对齐header += bitsPerSample.to_bytes(2, 'little')  # 位深header += bytes("data", 'ascii')header += datasize.to_bytes(4, 'little')       # 数据块大小return headerdef record_audio(filename=audiofilename, duration=5, sample_rate=16000):
#     # 硬件诊断print("初始化I2S...")try:i2s = I2S(0,sck=Pin(11), ws=Pin(12), sd=Pin(13),mode=I2S.RX,bits=16,format=I2S.MONO,rate=sample_rate,ibuf=4096)except Exception as e:print("I2S初始化失败:", e)return# 计算数据量bytes_per_second = sample_rate * 2  # 16bit=2字节total_bytes = bytes_per_second * duration
#    header = createWavHeader(sample_rate, 16, 1, total_bytes)# 录音循环try:with open(audiofilename, 'wb') as f:
#            f.write(header)start_time = time.ticks_ms()bytes_written = 0buffer = bytearray(1024)  # 小缓冲区减少内存压力while bytes_written < total_bytes:read = i2s.readinto(buffer)if read == 0:print("警告：未读取到数据")continuef.write(buffer[:read])bytes_written += readgc.collect()# 实时进度elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), start_time) / 1000print(f"进度: {bytes_written/total_bytes*100:.1f}%, 时间: {elapsed:.1f}s")except OSError as e:print("文件写入错误:", e)finally:i2s.deinit()
#        print("录音结束，文件大小:", os.stat(audiofilename)[6], "字节")print("录音结束，文件大小:", bytes_written, "字节")audio_out = I2S(1, sck=Pin(38), ws=Pin(39), sd=Pin(37), mode=I2S.TX, bits=16, format=I2S.MONO, rate=16000, ibuf=20000)
def play_audio(filename='/sd/rec.wav', duration=5, sample_rate=16000):        #    audio_out.volume(80)with open(audiofilename,'rb') as f:# 跳过文件的开头的44个字节，直到数据段的第1个字节
#        pos = f.seek(44) # 用于减少while循环中堆分配的内存视图wav_samples = bytearray(1024)wav_samples_mv = memoryview(wav_samples)print("开始播放音频...")#并将其写入I2S DACwhile True:try:num_read = f.readinto(wav_samples_mv)# WAV文件结束if num_read == 0: break# 直到所有样本都写入I2S外围设备num_written = 0while num_written < num_read:num_written += audio_out.write(wav_samples_mv[num_written:num_read])except Exception as ret:print("产生异常...", ret)if __name__ == "__main__":try:os.mount(sd,'/sd')   record_audio(duration=5)play_audio()except Exception as e:print("异常：",e)
# 测试'''import time
from machine import I2S, Pin
import math# I2S配置
i2s = I2S(0,sck=Pin(22), ws=Pin(23), sd=Pin(21),mode=I2S.RX,bits=16,rate=16000,channel_format=I2S.ONLY_LEFT)# 参数配置
SILENCE_THRESHOLD = 0.02  # 需根据环境噪声校准
CHECK_INTERVAL = 0.1      # 检测间隔(秒)
SILENCE_DURATION = 1.0    # 目标静默时长buffer = bytearray(1024)  # 512个16位样本
last_sound_time = time.time()while True:i2s.readinto(buffer)  # 读取I2S数据‌:ml-citation{ref="6" data="citationList"}# 计算当前块RMS值sum_sq = 0for i in range(0, len(buffer), 2):sample = int.from_bytes(buffer[i:i+2], 'little', True)sum_sq += (sample / 32768) ** 2  # 16位有符号转浮点‌:ml-citation{ref="6" data="citationList"}rms = math.sqrt(sum_sq / 512)# 更新最后有声时间戳if rms > SILENCE_THRESHOLD:last_sound_time = time.time()# 判断静默持续时间if (time.time() - last_sound_time) >= SILENCE_DURATION:print("检测到持续静默")# 触发后续处理
'''

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leetcode_1. 两数之和_java

1. 两数之和https://leetcode.cn/problems/two-sum/ 1、题目给定一个整数数组 nums 和一个整数目标值 target，请你在该数组中找出和为目标值 target 的那两个整数，并返回它们的数组下标。你可以假设每种输入只会对应一个答案，并且你…...

编程日记 2025/9/15 12:58:19

Mysql索引（四）

1、B树：B树即平衡查找树，一般理解为平衡多路查找树，也称为B-树、B_树。是一种自平衡树状数据结构，能对存储的数据进行O(log n)的时间复杂度进行查找、插入和删除； 1）每个节点占用一个盘块的磁盘空间&#x…...

编程日记 2025/9/12 3:59:07

力扣——【1991. 找到数组的中间位置】

#前缀和思想主要利用递推的思想，将数列的前n！项和存到一个新数列中，递推公式可能需要自己推导一个数列的值等于另一个数列的第i个元素加上这一个数列的第i-1个元素同时需要初始化这个数列的第一个元素另一个数列的第一个元素 #思路本…...

编程日记 2025/9/8 4:43:38

在 Linux 系统（ubuntu/kylin）上安装 Docker

在 Linux 系统上安装 Docker 的步骤如下（以 Ubuntu/Debian 和 CentOS/RHEL 为例）：请用./check-config config检查内核是否支持，necessarily 必须全部enable。以下是脚本自行复制运行： #!/usr/bin/env sh set -eEXITCODE=0# bits of this were adapted from lxc-checkco…...

编程日记 2025/9/15 14:50:32

【实证分析】数智化转型对制造企业全要素生产率的影响及机制探究（1999-2023年）

数智化转型是实现数字经济与实体经济深度融合,推动制造企业高质量可持续发展的必然选择,也是加快新质生产力发展的重要抓手。参照宋冬林（2025）的做法，对来自科技进步与对策《数智化转型对制造企业全要素生产率的影响及机制探究——基于中国制…...

编程日记 2025/9/15 1:37:25

lower_bound

在C中，lower_bound 返回的是一个迭代器（iterator），而不是直接的下标位置。因此，为了得到数组中的索引（即 pos1），你需要用返回的迭代器减去数组的起始地址（num&#xff09…...

编程日记 2025/9/8 9:20:56

biblatex 的 Biber 警告：tex文件运行无法生成参考文献和目录

原因：使用了 biblatex 管理参考文献，但未运行 biber 生成参考文献数据。解决：更新 LaTeX Workshop 配置修改你的 settings.json，添加 biber 工具并更新编译流程： {"latex-workshop.latex.tools&…...

编程日记 2025/9/3 19:56:18

解锁 MCP：模型上下文协议的介绍与应用，技术解析与应用场景

欢迎来到涛涛聊AI，这几天MCP很火，咱们一起学习下吧。一、什么是 MCP MCP，即 Model Context Protocol（模型上下文协议），是由 Anthropic 推出的一个具有创新性的开放协议。它的核心目标是统一 LLM 应用与外部数据源和工具之间的通信方式，为 AI 开发打造标准化的上下文…...

编程日记 2025/9/10 20:14:45