PUYA I2S — 双板主机轮询收发 I2S_TwoBoard_CommunicationMaster_Polling

Tue, 08 Sep 2026 14:52:21 +0800

I2S — 双板主机轮询收发 I2S_TwoBoard_CommunicationMaster_Polling

固件库: PY32F403_Firmware V1.4.5
芯片: PY32F403（Cortex-M4）⭐ F403 特色外设
源文件: PY32F403-STK/Example/I2S/I2S_TwoBoard_CommunicationMaster_Polling/Src/main.c
核心外设: SPI2 复用为 I2S（PB12=WS / PB13=CK / PB15=SD）

1. 功能简介（大白话）

I2S 是数字音频专用的总线。本例把 PY32F403 的 SPI2 外设切换成 I2S 模式，当作主机（Master），和另一块板（从机 Slave）对传音频样本：

主机先以 I2S_MODE_MASTER_TX 把 16 个 16 位数据 {1,2,...,16} 发给从机；
从机收到后回发同样数据；
主机再切换成 I2S_MODE_MASTER_RX 把从机回发的数据收回来；
比较「发出去的是否等于收回来的」：一致点亮 LED，不一致 LED 闪烁。

虽然是「数据回环」式验证，但流程与真实音频链路完全一致：MCU 用 I2S 把 PCM 样本送给 DAC 播出来，或从 ADC/麦克风收样本。

2. 硬件准备

物品	数量	说明
PY32F403-STK 开发板	2	一块烧主机(Master_Polling)，一块烧从机(Slave_Polling)
USB 线	2	供电 + 下载

接线（主从一一对应，务必共地）：

主机 MASTER              从机 SLAVE
SD  (PB15)  <----->  SD  (PB15)
WS  (PB12)  ----->   WS  (PB12)
CK  (PB13)  ----->   CK  (PB13)
GND         <----->  GND

操作：

主机烧 I2S_TwoBoard_CommunicationMaster_Polling，从机烧 I2S_TwoBoard_CommunicationSlave_Polling；
主从都上电并按复位键；
先按从机用户键让从机先跑，再按主机用户键启动主机；
主从 LED 由灭变常亮 = 收发成功；任一 LED 闪烁 = 失败。

I2S 是同步总线，主机提供 CK 和 WS，从机跟随。所以 CK/WS 是主机→从机单向，SD 双向传数据。

3. 完整代码（带中文注释）

#include "main.h"

I2S_HandleTypeDef I2sHandle;
uint16_t TxBuff[16] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16};
uint16_t RxBuff[16] = {0};
#define DATA_LENGTH  16

/* 函数声明 */
static void APP_SystemClockConfig(void);
static void APP_CheckEndOfTransfer(void);
static uint8_t APP_Buffercmp8(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint8_t BufferLength);
static void APP_LedBlinking(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  APP_SystemClockConfig();          /* 系统时钟：HSI 8MHz */
  BSP_LED_Init(LED_GREEN);
  BSP_PB_Init(BUTTON_KEY, BUTTON_MODE_GPIO);

  while (BSP_PB_GetState(BUTTON_KEY) == 1) {}   /* 等用户键按下 */

  /* ===== 第一步：配置为主机发送（TX）===== */
  I2sHandle.Instance        = SPI2;                 /* I2S 复用 SPI2 */
  I2sHandle.Init.Mode       = I2S_MODE_MASTER_TX;   /* 主机发送 */
  I2sHandle.Init.Standard   = I2S_STANDARD_PHILIPS; /* 飞利浦标准 */
  I2sHandle.Init.DataFormat = I2S_DATAFORMAT_16B;   /* 16 位样本 */
  I2sHandle.Init.MCLKOutput = I2S_MCLKOUTPUT_DISABLE;/* 不用主时钟 MCLK */
  I2sHandle.Init.AudioFreq  = I2S_AUDIOFREQ_8K;     /* 8kHz 采样率 */
  I2sHandle.Init.CPOL       = I2S_CPOL_HIGH;        /* 时钟空闲高 */
  if (HAL_I2S_Init(&I2sHandle) != HAL_OK) APP_ErrorHandler();

  /* 阻塞发送 16 个样本 */
  if (HAL_I2S_Transmit(&I2sHandle, (uint16_t*)TxBuff, DATA_LENGTH, 5000) != HAL_OK)
    APP_ErrorHandler();
  while (HAL_I2S_GetState(&I2sHandle) != HAL_I2S_STATE_READY) {}  /* 等发完 */

  HAL_Delay(1);   /* 给从机一点准备时间 */

  /* ===== 第二步：切换为主机接收（RX）===== */
  I2sHandle.Init.Mode = I2S_MODE_MASTER_RX;         /* 改为主机接收 */
  if (HAL_I2S_Init(&I2sHandle) != HAL_OK) APP_ErrorHandler();

  /* 阻塞接收 16 个样本 */
  if (HAL_I2S_Receive(&I2sHandle, (uint16_t*)RxBuff, DATA_LENGTH, 5000) != HAL_OK)
    APP_ErrorHandler();
  while (HAL_I2S_GetState(&I2sHandle) != HAL_I2S_STATE_READY) {}

  /* ===== 校验 ===== */
  APP_CheckEndOfTransfer();

  while (1) {}
}

/**
  * @brief  比对收发数据：一致亮灯，不一致闪灯
  */
static void APP_CheckEndOfTransfer(void)
{
  if (APP_Buffercmp8((uint8_t*)TxBuff, (uint8_t*)RxBuff, DATA_LENGTH))
    APP_LedBlinking();           /* 失败闪烁 */
  else
    BSP_LED_On(LED_GREEN);       /* 成功常亮 */
}

static uint8_t APP_Buffercmp8(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint8_t BufferLength)
{
  while (BufferLength--)
  {
    if (*pBuffer1 != *pBuffer2) return 1;
    pBuffer1++; pBuffer2++;
  }
  return 0;
}

static void APP_LedBlinking(void)
{
  while (1) { BSP_LED_Toggle(LED_GREEN); HAL_Delay(500); }
}

/**
  * @brief  系统时钟：HSI 8MHz（I2S 时钟由 SPI2/APB1 派生，HAL 内部按 AudioFreq 分频）
  */
static void APP_SystemClockConfig(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef  OscInitstruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef  ClkInitstruct = {0};

  OscInitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  OscInitstruct.HSIState       = RCC_HSI_ON;
  OscInitstruct.HSI48MState    = RCC_HSI48M_OFF;
  OscInitstruct.LSEState       = RCC_LSE_OFF;
  OscInitstruct.LSIState       = RCC_LSI_OFF;
  OscInitstruct.PLL.PLLState   = RCC_PLL_OFF;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&OscInitstruct) != HAL_OK) APP_ErrorHandler();

  ClkInitstruct.ClockType      = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK |
                                 RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  ClkInitstruct.SYSCLKSource   = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;  /* 8MHz */
  ClkInitstruct.AHBCLKDivider  = RCC_SYSCLK_DIV1;       /* HCLK = 8MHz */
  ClkInitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;         /* APB1 = 8MHz（SPI2 源）*/
  ClkInitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;         /* APB2 = 4MHz */
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&ClkInitstruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK) APP_ErrorHandler();
}

void APP_ErrorHandler(void) { while (1) {} }

附：MSP 里的引脚配置（HAL_I2S_Init 自动调用）

void HAL_I2S_MspInit(I2S_HandleTypeDef *hi2s)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();     /* I2S 复用 SPI2 时钟 */
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /* PB12=WS, PB13=CK, PB15=SD，均 AF14 */
  GPIO_InitStruct.Pin       = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15;
  GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF14_I2S2;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

4. 代码分段讲解

4.1 为什么用 SPI2 当 I2S？

PY32F403 的 I2S 功能复用在 SPI2 这个外设上（硬件层面共享）。所以代码里 Instance = SPI2，但调用的是 HAL_I2S_* 函数——HAL 会根据你选的 I2S_* 模式把 SPI 模块切到 I2S 工作方式，引脚走 I2S 的 AF14 复用。

4.2 采样率与时钟关系

I2S_AUDIOFREQ_8K 设定目标采样率 8kHz。HAL 内部会用 SPI2（APB1=8MHz）的时钟去分频，产生：

WS 频率 ≈ 8kHz（每 8k 次采样切换一次左右声道）；
CK 频率 = 8k × 16bit × 2声道 = 256kHz。

想换 44.1k/48k 音乐采样率，把 AudioFreq 改掉即可（前提是主时钟能分频得到，必要时打开 MCLK 给 CODEC 作基准）。

4.3 主机先发后收：同一句柄切 Mode

同一 I2sHandle，先 I2S_MODE_MASTER_TX 发完，再 I2S_MODE_MASTER_RX 收，重新 HAL_I2S_Init 即可切换方向。真实音频链路里方向通常固定（DAC 端只发、ADC 端只收），本例为演示才来回切。

4.4 标准格式必须主从一致

I2S_STANDARD_PHILIPS + I2S_CPOL_HIGH 是从机示例默认的格式。只要主从任何一方格式不同（如改成 MSB 对齐），数据就会错位。这是接 CODEC 时最常踩的坑。

4.5 轮询的局限

HAL_I2S_Transmit/Receive 会阻塞到完成或超时（5s）。教学够用，但连续音频流不能这么干——要用 *_DMA 版把样本流持续搬进/出缓冲。这正是 I2S_..._DMA 示例的用途。

5. 实验现象

正确接线、先跑从机再按主机键后：
- 主机 LED 常亮 = 收发校验成功（收到 {1..16}）；
- 任一板 LED 闪烁 = 失败（查接线、共地、主从格式是否一致）。
若用逻辑分析仪抓 CK/WS/SD，可见 WS 以 8kHz 翻转、SD 上逐位送出样本。

6. 常见问题

现象	原因	解决
LED 一直闪（失败）	没共地 / 线序错 / 从机没先跑	接好 GND，CK/WS 主机→从机，SD 交叉；先按从机键
收到全 0 或错乱	主从 Standard/CPOL 不一致	双方都用 PHILIPS + CPOL_HIGH
音频有杂音/采样率偏	系统时钟与 AudioFreq 不匹配	确认主时钟；必要时开 MCLK 输出
想连续播放音乐	轮询占 CPU	改用 `I2S_..._DMA` + 双缓冲
找不到 I2S 引脚	误用 SPI 引脚	I2S2 = PB12/13/15（AF14），不是普通 SPI2 MOSI/MISO
只有一路声道	只发了单声道	I2S 默认立体声；单声道数据需按格式填充

7. 小结

I2S 是音频专用同步总线，由 SPI2 复用实现（引脚 PB12/13/15，AF14）；
配置四要素：标准格式、位宽、采样率、主/从模式，且主从必须完全一致；
例程用 8kHz、16 位，主机先 Master_TX 发 16 样本、再 Master_RX 收回校验；
轮询简单但占 CPU；真实音频流用 DMA/IT 版（I2S_..._DMA）。

8. 拓展应用（学了能做什么项目）

播放提示音/WAV：I2S DAC（MAX98357A）接 SD/CK/WS，DMA 送 PCM 数据；
录音/声控：I2S MEMS 麦克风做采集，配合 FFT 做频谱；
双向音频：CODEC（WM8978）接 I2S，做通话/采集；
不间断音频流：I2S_..._DMA + 双缓冲，从 Flash/SD 卡连续取数据；
数字功放/语音识别前端：I2S 是标准接口，方便对接各类音频芯片。

返回：I2S 音频总线总览

SPI2复用 on CLing