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Audio(Mic/Speaker/I2S)

Audio部分的说明

1、就4G模组来说，从主芯片是否支持Audio音频功能来看，大致可以分为2类；

  • 主芯片支持Audio音频功能，比如合宙老型号Air724UG；
  • 主芯片不支持Audio音频功能，比如合宙Air780Exx系列、Air8000系列、Air700ECH；

2、虽然Air780Exx系列、Air8000系列的主芯片不支持Audio音频功能，但可以通过与Audio Codec芯片配合实现Audio音频功能，比如Air780EHV，内置了Audio Codec芯片顺芯ES8311，进而实现Audio音频功能；

3、有些型号，比如Air780EHM/Air780EGH/Air780EGG/Air700ECH/Air8000全系列，虽然没有内置ES8311，但可以将ES8311外置，通过I2S接口进行驱动；

4、即便可以搭配Audio Codec芯片顺芯ES8311，有些配置较低的模组型号(主要是指Flash和RAM为4MB的型号)，比如Air780EPM/Air780EGP/Air700ECP，也无法支持Audio音频功能；

5、综上，我们可以将是否支持Audio音频功能的模组型号归类如下；

支持Audio音频功能且内置Audio Codec芯片ES8311 Air780EHV
支持Audio音频功能但未内置Audio Codec芯片ES8311 Air780EHM/Air780EGH/Air780EGG/Air700ECHAir8000A/Air8000W/Air8000D/Air8000T/Air8000DB/Air8000AB/Air8000U/Air8000N
说明！
虽然Air8000U/Air8000N可以支持Audio功能，但我们并未在海外场测，需要自行测试确认！
不支持Audio音频功能 Air700EPM/Air780EGP/Air700ECP

6、Air780EHV，内置了Audio Codec芯片ES8311，相应的，有一些管脚资源必然会被占用，明细如下；

Air780EHV 管脚号 说明
I2S_BCLK PIN30 内部已使用，外部不可以再用
I2S_LRCK PIN31
I2S_DIN PIN32
I2S_DOUT PIN33
I2S_MCLK PIN26
I2C0_SCL PIN57 内部已使用，外部理论上可以再外挂I2C外设，在Air780EHV默认当外部不可使用处理；外部外设如需使用I2C接口，推荐使用I2C1；
I2C0_SDA PIN58
GPIO20 PIN102 内部Audio Codec芯片ES8311使能开关，高打开，低关闭
AudioPA_EN PIN19 GPIO22，固定用作外部音频PA的使能信号，搭配扩展库exaudio，有效滤除POP音

7、对于Air780EHV来讲，硬件参考设计如下；

audio.config(id, paPin, onLevel, dacDelay, paDelay, dacPin, dacLevel, dacTimeDelay)

paPin

参数含义：PA(音频放大器)控制IO；
数据类型：number；
取值范围：具体硬件环境支持的GPIO；
是否必选：非必须传入此参数；
注意事项：
        1.配合dacPin,onLevel，dacDelay，paDelay,dacTimeDelay音频参数，可以有效的降低pop 音；
        2.如果不传入则不对pa进行任何控制
参数示例：0，GPIO0 控制PA 的打开或者关闭 ；

8、对于没有内置ES8311的模组型号，比如Air780EHM和Air780EGG/EGH，则需要同时使用I2S和I2C接口外置；

  • I2C推荐默认使用PIN57/58复用的I2C0，与Air780EHV保持一致；
  • 以Air780EGG/Air780EGH为例，硬件参考设计如下；
  • 在使用I2S和I2C0(PIN57/58)功能之前，都需要先使用LuatIO工具生成pins配置json文件，也就是对IO的初始化功能配置；
  • 关于LuatIO功能的介绍，详见：LuatIO初始化配置工具 - common@air780epm - 合宙模组资料中心 ；

9、关于Audio功能的LuatOS核心库或扩展库，不再一一列举，请看文档；

https://docs.openluat.com/air780egh/luatos/app/common/audio/

ES8311搭配I2C可能遇到的问题

一，背景说明；

a. 合宙4G模组，包括Air780Exx系列、Air8000系列、Air700Exx系列，大部分型号都可以支持2路I2C，一路为I2C0，一路为I2C1；

b. I2C0和I2C1，分别会复用在不同的多处管脚，但只要一处复用为I2C0，其它地方便不可再复用为I2C0，I2C1也一样；

c. 部分型号，比如内置Audio Codec ES8311的Air780EHV，内置G-Sensor的Air8000A/D/AB/DB/U/N和Air780EGP/EGG，在模组内部都占用了一路I2C，这就意味着，该路I2C总线在模组内部已有上拉电阻；

d. Air780Exx系列模组I2C信号管脚及复用信息如下；

e. Air700Exx系列模组I2C信号管脚及复用信息如下；

f. Air8000系列模组I2C信号管脚及复用信息如下；

二，常见的坑；

a. 两路I2C，如果每路I2C只挂载一个外设，在实际应用中都没有发现什么问题，注意做好I2C_SCL和I2C_SDA两个信号的上拉即可；

b. 大家开发的很多产品中，由于IO有限，导致不得不在很多情况下都要一路I2C挂载多个外设；

当一路I2C挂载多个外设时，又分为四种情况，分别以Air780EHM、Air780EHV、Air780EGG和Air8000A为例进行说明；

第一种情况；

模组内部没有占用I2C，即没有挂载G-Sensor或Audio Codec ES8311，以Air780EHM为例；

假设使用PIN56/57复用为I2C0，只挂载一个LCD触摸屏外设，没有问题；

使用PIN66/67复用为I2C1，同时挂载G-Sensor、Audio Codec ES8311和摄像头三个外设，需要特别注意如下几点，否则会出现I2C1通信不正常的问题；

第1

如果三个外设分别由三个独立LDO供电，且每个外设的I2C1_SCL和I2C1_SDA都独立上拉到了各自的电源，这个时候：

当要打开其中一个外设时，另外两个外设的电源也必须要打开，否则会造成I2C通信不正常；

原因是，给每个外设供电的LDO，以LP5907MFX为例，其在关闭时，LDO电源输出管脚会有下拉电阻到地，进而造成I2C电平拉低，比如Air780EHM电平设置为3.3V时，会被拉低到2.2V甚至2V以下，造成I2C通信不正常；

LP5907MFX.pdf

第2

如果三个外设分别由三个独立LDO供电，但I2C1_SCL和I2C1_SDA都只拉到了其中一个外设的电源，这个时候：

当要打开其中一个外设时，必须要保证"I2C1上拉的电源是打开的"和"Audio Codec ES8311的电源是打开的"，否则会造成I2C通信不正常；

"I2C1上拉的电源是打开的"非常好理解，不再赘述；

"Audio Codec ES8311的电源是打开的"的原因是，ES8311在没有供电时，其SCL和SDA管脚为芯片内部下拉，也会造成I2C电平被拉低到2.2V甚至2V以下，进而造成I2C通信不正常；

第3

如果三个外设分别由三个独立LDO供电，但I2C1_SCL和I2C1_SDA都只拉到了模组自带的VDD_EXT或Vref，这个时候：

当要打开其中一个外设时，不需要做其它动作，只需确保给外设的供电正常即可；

不同的是，在低功耗模式 pm.WORK_MODE,1 下，Audio Codec ES8311由于在未供电的情况下I2C管脚芯片内部下拉会造成功耗浪费，Vref一直消耗，VDD_EXT由于间歇性输出所以功耗浪费相对Vref较小；

说明！关于VDD_EXT和Vref的描述，详见硬件管脚详细说明文档中的相应章节；

结论

以上三种情况各有优劣势，大家根据自己产品的需要灵活选择即可；

相对而言，我们认为第2种情形更好一些，比如：

I2C1同时挂载G-Sensor、摄像头和ES8311，I2C1只上拉到给ES8311供电的电源上，当打开摄像头或G-Sensor时，确保给"ES8311供电的电源是打开的"可以给I2C1提供上拉且"保证ES8311在供电"即可；

或者，I2C1同时挂载G-Sensor、摄像头和ES8311，I2C1只上拉到给摄像头供电的电源上，当打开ES8311或G-Sensor时，这时不但要确保给"摄像头供电的电源是打开的"可以给I2C1提供上拉，也需要保证"打开ES8311供电"，这种方式就不推荐了；

或者，如果I2C1同时挂载G-Sensor、摄像头和ES8311，I2C1只上拉到给G-Sensor供电的电源上，当打开摄像头或ES8311时，这时不但要确保给"G-Sensor供电的电源是打开的"可以给I2C1提供上拉，也需要保证"打开ES8311供电"，这种方式就不推荐了；

第二种情况：

模组内部占用了一路I2C0挂载Audio Codec ES8311，同时将I2C0上拉到了给ES8311供电的LDO上，以Air780EHV为例：

(说明！虽然该路I2C0被内部使用，但同时也引出到了模组管脚PIN56/57，可用作挂载外部外设；)

假设使用PIN66/67复用为I2C1，只挂载一个LCD触摸屏外设，没有问题；

使用PIN56/57复用为I2C0，在模组内部挂载ES8311的情况下，外部再同时挂载G-Sensor和摄像头两个外设，也同样需要注意跟第一种情况相同的第1、第2和第3点，不同点只是Audio Codec ES8311挂载到了内部；

第三种情况：

模组内部占用了一路I2C1挂载G-Sensor，同时将I2C1上拉到了给G-Sensor供电的LDO上，以Air780EGG为例：

(说明！Air780EGG内部使用的是GPIO18/19复用的I2C1，且引到了模组管脚PIN66/67可供外部外设使用；)

假设使用PIN56/57复用为I2C0，只挂载一个LCD触摸屏外设，没有问题；

使用PIN66/67复用为I2C1，在模组内部挂载G-Sensor的情况下，外部再同时挂载ES8311和摄像头两个外设，也同样需要注意跟第一种情况相同的第1、第2和第3点，不同点只是G-Sensor挂载到了内部；

第四种情况：

模组内部占用了一路I2C0挂载G-Sensor，同时将I2C0上拉到了给G-Sensor供电的LDO上，以Air8000A为例：

(说明！Air8000A内部使用的是GPIO18/19复用的I2C0，且引到了模组管脚PIN80/81可供外部外设使用；)

假设使用PIN80/81复用为I2C0，在模组内部挂载G-Sensor的情况下，外部再同时挂载ES8311、触摸屏和摄像头三个外设，也同样需要注意跟第一种情况相同的第1、第2和第3点，不同点只是G-Sensor挂载到了内部；

c. 核心"槽点"，记住两点：

  • LDO在关闭的情况下，其输出内部下拉到地，如果I2C在其它地方上拉供电的前提下也接到了这里，会影响I2C电平，进而影响I2C通信；

  • Audio Codec ES8311由于芯片设计原因，其在未供电的情况下I2C两个管脚内部下拉到地，如果I2C在其它地方上拉供电的前提下也接到了这里，会影响I2C电平，进而影响I2C通信；

  • 不知道怎么做的情况下，当一路I2C挂载多路外设时，如果遇到I2C通信异常时，请把这几路外设的供电全部打开进行尝试，然后再根据前面的描述去排查原因；

三，对开发板的影响；

a. 这里说的开发板，主要是指合宙4G模组开发板，包括Air780Exx、Air700Exx、Air8000系列；

b. 由于管脚有限，开发板在设计时都是一路I2C挂载了多个外设，且几乎每个外设都加了独立上拉，因此：

如果遇到I2C通信异常时，请把这几路外设的供电全部打开进行尝试，然后再根据前面的描述去排查原因；