ESP32 C3 浅谈I2S DAC 与 TF卡数字音频MP3 FLAC 播放器
新来论坛， 各位多指教。通过ARDUINO+IDF开发的esp32c3的T卡 数字音频播放器测试基本完成了，为了获取论坛成长:lol，把开发过程记录下来，请坛友们多指正：
实际效果在B站https://www.bilibili.com/video/BV1uB4y1R76d?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
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一为什么关注esp的音频播放功能：
不少坛友的esp帖子中，谈到了ESP的音频播放功能，一个重要的因素就是esp的系列iot mcu，提供了i2s接口(spdif输出接口我们先不谈)。这样，如果ESP对数字音源文件做了解码，如果解码过程没有损失，那么通过数字接口i2s输出的就是数字信号，后接一个i2s的音频dac，将数字信号转为模拟信号，输出直接驱动扬声器，或者传递给后级功放。整个过程中我们看到， 只要保证无损的解码过程，esp就能输出无损的数字信号，只要后续的i2s前级和后级放大器足够好，不到10元的esp就可以承担起无损音乐的解码任务！ 而且可以充分利用现有的成熟i2s dac模块。这个在DIY HIFI领域一根线动则成百上千的领域，真是一个价廉物美的数字信号源。或者抛开HIFI不谈，单从DIY小物品出发，用I2S音频系统也能做出一些和声音相关的小玩意，让你的小工具能够发出声音，的确比较有意思。
特别值得一提的，嵌入式领域的软解码方案中，MP3多用的libmad库，或者helix的解码库，因为嵌入式MCU多数没有浮点处理器FPU，故大多采用了整数解码算法。尽管MP3本来就是有损压缩，整数解码还是显得有些遗憾。不过幸运的是，对于无损压缩格式FLAC而言，无需浮点数解码，因此， 大量的高清FLAC音源，ESP就可以直接拿来使用，提供真正的无损信号输出。
二 常见的esp音频解码方案
市面上涉及esp音频的开源方案中，多采用下述三种形态：
1）esp + 外挂音频处理模块方案： 这个方案中，esp只是作为mcu来使用， 音频通过外挂的模块，如dfplayer mini等处理。esp与音频模块间通过串口或者spi等机制通讯，根据用户的输入，触发音频模块执行播放、暂停、定位等动作。这种方案好处是实现相对简单，对于公交报站、定点有限内容语音提醒、固定格式音频播放等特定应用来说很方便。外挂的音频模块往往自带TF存储，可以提供大容量的音乐存储空间。不过这个方案在略复杂的应用方面存在扩展性不佳的缺点， 例如要显示音乐频谱，或者是控制频率变换实现变音，或者是多种不同协议混杂（例如flac/ape/aac/amr)，已经定死功能的外部模块无法与mcu进行大数据量音频sample级别的数据交互，实现上述功能有些困难。
2） esp 直接音频处理方案： 在这个方案中，esp不是作为简单的mcu来控制外部模块，而是直接参与音频数据的解码，可以得到音频sample级别的数据并加以处理，根据输出的变化，又有两个方案：
a）esp + 内置DAC超采样输出方案： 这个方案无需外部dac，直接超采样，使用软件实现的delta-sigma dac完成音频输出功能。参见https://github.com/earlephilhower/ESP8266Audio github库中的说明。此种情况下，外部接线（输出）相对简单，8266audio库的作者建议的一种接线方法如下：
2N3904 (NPN)
+---------+
| | +-|
| EBC | / S|
+-|--|--|-+ | P|
||+------+ E|
|| | A|
ESP8266-GND ------------------+|+------+ K|
|| | E|
ESP8266-I2SOUT (Rx) -----/\/\/\--+| \ R|
| +-|
USB 5V -----------------------------+
不过需要提醒，上述方法可能存在直流成分对喇叭的伤害，可考虑加入一定的直流阻隔。
b）显然，上述方案的音质存在明显局限性，HIFI就不用考虑了。因此，对于音质有一定要求的场景下，一般采用esp + 外置I2S DAC的方案了，就是esp解码，i2s方式数字输出到外部声卡。这种方案的灵活性非常好，成本可根据声卡选型控制，也不是特别高，在功能、性能、成本等方面可以获得很好的平衡。建议采用这样的方案。
三ESP系MCU的选型考虑
乐鑫家的esp系列， 主流的区分8266和32， 32里头常用的，包括32， 32c3， 32s2， 和32s3，以及后期要推出的32c2. 如果按照市场定位的角度， 老大哥esp8266和 esp32c3的市场定位是接近的，单核， 一般4M的flash，不带PSRAM。其中，c3的sram为400k，比8266的大。至于其他32，提供了大flash和psram，以及双核处理能力，更多的PIN脚接入，市场定位是偏高端一些的。反应在价格上， 就是8266和c3的开发板都是10元级别的， 而其他32一般是15-35元级别的（好像实际差别不大啊，只对产品量产有影响） 本人有8266， c3， esp32 和 32s3. 其中32是自己买的16M + 8M的模块焊接的底板， S3买的aithinker家的s3-12k， c3买的合宙家的9.9元网红c3开发板。最终选择的是c3来做试验。因为这块板子做的比较精致，虽然是单核，但s3之类另外一个核是ulp的，对于MP3/FLAC这个级别的解码，C3 160MHZ CPU加带cache的指令、数据处理，C3应对起来绰绰有余。加之arduino写代码多核处理稍显麻烦，为了充分利用9.9元，就拿他上手了。 8266和c3比略有缺陷，根据8266audio库作者提示：播放flac时，flac音源的压缩level应当控制在2以下，否则8266可能播放时内存不足。
四DIY常用I2S声卡选型
作为轻度diy玩家和手残党，本人没有焊接i2s声卡的能力，就在淘宝上购买常见成品i2s声卡吧，那到底选那款呢？ 根据datasheet，找下如下信息：
DAC采样位数输入电压输出采样频率动态范围/SNR后级淘宝价格
MAX9357AMaxim16/24/32 bit3.5-5.5单声道8-96Khz105/ PSRR77@1KHZ输出3W，直推4欧3w小喇叭12.5
CJMCU UDA1334ANXP 2020已停产<= 24bits3.5-5.5立体声16-100Khz/100db@44.1Khz后级功放阻抗3 KΩ；或耳机32欧14
PCM5102ATI16/24/32立体声8-384Khz112/112DB后级功放阻抗>1KΩ；或推耳机20-50
我们一般使用的flac音源，存储的是44.1khz， 16bit的无损压缩过的wav数据。就是说，三款声卡都可以比较完美的支持。稍微较真一点，高品质24bit 母带级flac音源，也在上述处理范围之内。测试时带耳机麻烦，挂个小喇叭比较方便，虽然是单声道。 最后选择的是9357A和1334A，一个测试，一个用来真的听一下.其实很馋5102a的参数，但是这伙计淘宝价格差异太大，不知真假（单dac购买的价格是7元左右），所以没敢下手。最后发现，1334推一般的耳机，不做增益调试，实在是声音太大了（用了45欧的原道耳塞和SONY的MDR 7506都试过了）。而且1334不加静音控制的话，启动时会有一点电流杂音，启动后效果还可以。 建议各位diyer买9357A玩玩就可以。上述声卡都自带锁相环，无需独立的MCLK信号，一般接线只需LRC/MSEL，din，BCLK三线，加电源输入即可。
能力强的小伙伴们就可随意发挥，自己买个1，2元的I2S DAC芯片焊个板子就好了。
后面继续。。。
先赞了，谢谢分享与解读 期待更新 五硬件环境简单一览
附图是测试用的硬件环境，可以看到各个元件的大小。楼主因为是手残党不会画板子和焊接SOP封装原件，只能采用最原始的面包板+杜邦线方式连接（多亏I2S是数字信号输出啊，杜邦线不会对信号有任何劣化）。图中98357是测试时使用的，直接推小喇叭。试听时换上1334加mdr 7506耳机。 240x320的TFT IL9341显示是之前把网红项目小电视移植到C3上用的。 T卡模块拍这个记录的时候还没买，后面买的。第一阶段实际测试的器件其实只涉及esp32c3， max98357，和小喇叭。 第二阶段涉及到完整的T卡播放，和播放器显示，就需要TF卡和TFT屏了。
成本简单罗列：
硬件ESP32C398357喇叭QVGA TFTTF卡槽其他
价格9.912.54.5303.8T卡耳机杜邦线面包板
说明要焊排线 前期不需要前期不需要这个是以前就买的
注意一点是ESP32C3这个开发板送了排针，但没焊接。焊接排针这个正好在楼主极限之类，于是拿了黄花烙铁、锡丝、助焊膏焊好了，比想象中容易。98357买不焊排针的省2元，楼主买了这个。 万事具备，下面就要开始敲代码了。
六开发环境搭建
先预告下后面的源代码例子：
示例一： C3使用最简单的PROGMEM（即数组）中MP3音乐片段的播放例子与代码。（FLAC也一样，C3 4M FLASH和400K内存支持多种音频协议，性价比完美）
示例二： C3通过WIFI实现HTTP流式MP3播放 ，家有OPENWRT或者NAS的音乐爱好者福音（直接联网能力是IOT MCU和传统MCU如STM相比巨大的突破 ）
示例三： C3通过TFT显示播放歌曲的名称（也可扩展到显示LRC歌词）
示例四： C3通过TF卡直接播放MP3和FLAC（没有NAS也没关系，自己做一个播放器吧）
软件开发阶段，首先要搭建esp32c3的开发环境。帖子给出的代码理论上arduino IDE开发环境也能使用，但楼主选择了vscode + platformio插件形式做前期开发。platformio从今年初的版本好像就直接支持expressif平台对arduino框架的支持了，比较好用。 安装这个环境唯一的缺陷就是： 需要搭建不可言说的事务。这里特别提醒，搭建的事物必须是全局事务，因为platformio在初次创建工程或者直接下载expressif平台时，使用了http, git和python。这三种不同的工具/协议并不尊从同一个代理设置。即使在vscode环境中设置好了http代理， GIT和python也不会使用，这将导致国内网络下创建（下载工具、库源码等）失败。其中，python建议自行更新pip源设置到国内ali或者清华源，下载会更快，通过事物获取反而慢。
选择vscode而非arduino本身的ide，除了楼主没用过arduino的ide外，还有一个重要的原因就是jtag调试支持。 熟悉ios或者android嵌入式开发的坛友应当都很清楚，在这两个平台上开发，就像在pc上开发一样，可以设置断点、单步调试！这个对于应用层开发来说帮助太大了。在单片机领域， 例如STM，调试往往需要通过外接的jlink等硬件来完成，而神奇的esp32c3，和esp32s3一样，内置了jtag功能！ 合宙的这块9，9网红版，和它推出的AIR 105之类不一样，没有阉割或者隐藏jtag功能！ 这样只需引出2根数据线+1跟GND线，外接一个USB小接口，就可以以近乎0的成本，在platformio里头执行jtag调试啦！ 断点、单步、查看变量值、查看内存、功能非常丰富。这比stm动辄几十，贵则上百的jlink之类硬件实在是要实惠的多。
安装好vscode和platform后，
1）进入platformio主页，选择New Project（新建工程）
2）弹出的对话框中， 输入你想做的程序工程名称，这里填的是c3mp3test，在board(开发板）中选择espressif ESP32-C3-DevKitM-1，FrameWork(开发框架）选择arduino framework，下面的工程存放位置选择缺省即可，也可自行指定位置；
3)会出现一个wait的等待界面，如果是初次使用，platformio会下载c3 esp arudino需要的所有开发资源，例如工具链、esp arduino代码等等。没有不可言说事物的话，这一步可能失败。如果等的不耐烦，可以打开资源监视器，看看后台有没有下载任务， 没有的话， 就得自己想办法了。。。
4)一切顺利，或者非初次使用，会出现新建的工程，这样就可以开始正式编码了：下次正式进入实例和代码一。
牛B卡拉斯，期待更新 本帖最后由 cqcqwind 于 2022-6-6 10:56 编辑
七：Demo1 C3(8266也适用)使用最简单的PROGMEM（即数组）中MP3音乐片段的播放例子与代码
这一个例子，我们使用开源的8266audio库，这个库提供了MP3, FLAC, AAC等多种音频解码，支持FLASH文件系统， FLASH数组，内存， HTTP等各种数据源，使用起来极其简单方便。 例子通过最简单的数组文件播放音乐， 就是把MP3片段做成一个数组，直接编译到项目里头去。（整个项目已经打包好放在附件里，不想一步步来的坛友可以直接用platformio下载编译）。
按照前述步骤，新建工程，命名c3MusicDemo1后， 在左边的资源管理器中会看到最下面有一个叫做platformio.ini的文件，
打开这个文件，我们要做如下修改：
platform = espressif32
board = esp32-c3-devkitm-1
framework = arduino
; 设置串口监控速率
monitor_speed = 115200
; 合宙C3采用的2线SPI FLASH，所以要设置成dio模式，否则烧写后无法正常运行
board_build.flash_mode = dio
; 使用8266库，platformio会自动下载更新这个库
lib_deps = earlephilhower/ESP8266Audio@^1.9.6
main.cpp的核心代码在这里：
#include <Arduino.h>
#ifdef ESP32
#include <WiFi.h>
#include "SPIFFS.h"
#else
#include <ESP8266WiFi.h>
#endif
#include "AudioFileSourceSPIFFS.h"
#include "AudioFileSourcePROGMEM.h"
#include "AudioFileSourceID3.h"
#include "AudioGeneratorMP3.h"
#include "AudioOutputI2S.h"
//音乐数组文件在这里
#include "show.h"
AudioGeneratorMP3 *mp3;
AudioFileSourcePROGMEM*file;
AudioOutputI2S *out;
AudioFileSourceID3 *id3;
void setup()
{
//关闭wifi，可以减少干扰和电源扰动
WiFi.mode(WIFI_OFF);
Serial.begin(115200);
Serial.printf("Sample MP3 playback begins...\n");
//音频库内部日志输出
audioLogger = &Serial;
// PLEASE_NAME_ME是音乐数组的名称，放在show.h里头
file = new AudioFileSourcePROGMEM(PLEASE_NAME_ME, sizeof(PLEASE_NAME_ME));
// MP3 id3头过滤器
id3 = new AudioFileSourceID3(file);
//生成I2S驱动
out = new AudioOutputI2S();
//设置I2S PIN脚
#if defined(ESP32)
//如果按照本C3示例接线图接线，需要设置i2s的pin脚，因原8266audio库是按照esp32的PIN脚接线的
out->SetPinout(1, 0, 12);
#else
//如果是8266，而且按照标准建议引脚接了i2s声卡，就不用额外设置pin脚
#endif
//设置MP3解码器，它的输入是ID3过滤器，输出是I2S
mp3 = new AudioGeneratorMP3();
mp3->begin(id3, out);
}
void loop()
{
if (mp3)
{
if (mp3->isRunning())
{
if (!mp3->loop())
mp3->stop();
}
else
{
delete mp3;
mp3 = NULL;
Serial.printf("MP3 done\n");
delay(1000);
}
}
}
音乐数组文件show.h也请拷贝到工程源代码的src目录下，和main.cpp同级。 点击编译，成功后烧写到C3开发板，如果硬件连接没有问题，上述寥寥数十行简单代码，就可以听到美妙的音乐啦。
因为8266audio这个库支持8266， esp32等比较全面的esp系，所以有其他板子也完全能够支持。以8266为例，只要按照8266audio文档里头的pin脚接好i2s声卡，在platformio.ini里头加入
platform = espressif8266
board = nodemcuv2
framework = arduino
lib_deps = earlephilhower/ESP8266Audio@^1.9.6
upload_speed = 3000000
monitor_speed = 115200 然后注意点击底部的开发板选择，设置成nodemcuv2， 即可为8266编译了，引脚对应的情况下，代码无需修改。
附件是代码，因为8266audio库太大超过附件大小1M要求，所以代码里头没有包含，编译时platformio应当会自动去下载。
很有意思的研究，谢谢分享，希望能继续发布后续 LZ，我怎么找不到MAX9357A的资料或者模块呢？ 问题找到了：应该是 MAX98357A:P
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