Ai8051U采集2通道，24bit，48KHz音频信号的问题

sh20***

我准备用USB的UAC1.0协议，实现I2S音频信号采集的功能，要求2通道，24bit音频，48KHz的速率，结构框图如下：

做好开发板后，我首先下载了论坛的开源程序，验证了电路板可以正常工作。

然后我修改了代码，这里暂时不考虑I2S那边的代码，并用16bit模式验证。先修改开源程序中的录音数据这边的程序）：

程序编译下载后，电脑可以识别到音频设备，但话筒不能工作了，采集不到ADC这边的数据。

是不是还有一些地方需要修改？

我还发现一个问题：改成48000后，这里变成了192，

手册里，对于EN_EP5IN的大小是128，是不是因为192超出了128的限制？

手册

如果是超出限制了，还有解决方案吗？
如果不是，那还有可能是哪里的原因呢？

该芯片支持48KHz、2通道、24bit的音频采集吗？

国芯人***

您好，感谢您分享详细的开发过程和遇到的问题。以下是对您所描述问题的专业分析与建议，希望能帮助您快速定位问题并找到解决方案。

一、关于AI8051U芯片是否支持48KHz、2通道、24bit音频采集

根据AI8051U的数据手册（DS-AI8051U），该芯片是一款专为音频应用设计的USB音频桥接控制器，支持UAC1.0（USB Audio Class 1.0）协议，其主要特性如下：
支持2通道（立体声）音频采集；
支持24位音频数据；
支持采样率包括：8kHz、16kHz、22.05kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz；
支持I2S接口与ADC/DAC连接；
支持USB 2.0 Full Speed（12Mbps）；
支持同步、异步和自适应三种USB音频传输模式。

结论：
AI8051U是完全支持48KHz、2通道、24bit音频采集的。因此，从芯片能力角度，您的需求是可以实现的。

二、关于话筒无法采集数据的可能原因分析

根据您的描述，修改代码后设备能被识别为音频设备，但无法采集ADC数据。以下是几个可能的故障点：

1. USB端点配置错误（EP5IN）

您提到在配置为48KHz后，端点数据包大小变为192字节，而手册中ENEP5IN设置为128字节。这是非常关键的一个点。

USB音频传输端点大小设置说明：
在UAC1.0中，音频数据通过同步端点（如EP5IN）传输；
同步端点的数据包大小需根据采样率、通道数、位深等参数计算；
传输周期为1ms（USB Full Speed下）；
每个周期传输的数据量 = 采样率 × 通道数 × (位深/8) × 1ms

以您的配置为例：
采样率：48000 Hz
通道数：2
位深：24 bit = 3字节

每周期数据量 = 48000 × 2 × 3 × 1e-3 = 288 bytes

这意味着每个USB帧（1ms）需要传输288字节的音频数据。而您当前的端点缓冲区大小为128字节，明显不足，导致数据溢出或无法正确传输。

解决方案：
修改端点配置，使EP5IN的缓冲区大小至少为288字节；
若硬件限制缓冲区最大为128字节，可考虑以下方法：
使用多个小包（如1ms发送3个包，每包96字节）；
检查芯片是否支持DMA或双缓冲机制；
降低采样率或位深（但不符合您的需求）；
升级到支持USB High Speed的芯片（如AI8051U+）；

2. 音频时钟配置错误

在I2S通信中，主时钟（MCLK）、位时钟（BCLK）和帧时钟（LRCLK）的配置必须与采样率一致。若您修改了采样率，但未相应调整I2S时钟源或分频器，可能导致ADC无法正常输出数据。

建议检查以下几点：
是否启用了I2S主模式；
BCLK分频是否正确（通常为采样率 × 通道数 × 位数）；
LRCLK是否为48KHz；
MCLK是否稳定且为BCLK的整数倍（如256x或384x）；

3. ADC接口配置错误

若您使用的是外部ADC芯片，请确认以下内容：
ADC的输出格式是否为24bit I2S格式；
数据对齐方式是否与AI8051U匹配（MSB first / LSB first）；
是否启用了ADC的数据输出使能；
是否正确配置了ADC的采样率和主时钟输入；

4. 固件中音频数据路径未正确连接

在AI8051U的固件中，音频数据从ADC接口到USB端点之间的路径需要正确配置。若您修改了录音部分的代码，可能未正确将ADC数据写入到USB端点缓冲区中。

建议检查：
ADC中断或DMA服务程序是否正常触发；
数据是否被正确写入EP5IN的缓冲区；
缓冲区是否满后触发了USB上传（如调用了USBDEPTransmit）；

三、关于USB音频描述符配置

UAC1.0设备的音频功能是通过USB描述符（Audio Class Descriptor）定义的。若您修改了采样率，但未更新描述符中的相关字段，可能导致主机（如Windows）误认为设备不支持该采样率，从而不启动采集。

建议检查：
AUDIOSTREAMINGINTERFACEDESCRIPTOR中是否设置了正确的采样率；
AUDIOFORMATTYPEIDESCRIPTOR中是否配置了正确的位深（24bit）；
AUDIOENDPOINTDESCRIPTOR中是否设置了正确的同步类型（同步或异步）；
AUDIOENDPOINTDESCRIPTOR中wMaxPacketSize是否足够大（应为288字节）；

四、调试建议

为了更高效地定位问题，建议您进行以下调试操作：

1. 使用示波器测量I2S信号：
确认LRCLK为48KHz；
确认BCLK为3.072MHz（48K×2×32）；
确认数据线有数据变化；

2. 使用USB协议分析仪：
检查主机是否向设备发送了有效音频请求；
检查设备是否正确响应了请求；
查看是否有端点STALL或NAK；

3. 添加调试输出：
在ADC中断或DMA回调中添加LED闪烁或串口打印；
验证ADC是否正常工作；

4. 回环测试：
将ADC输出的数据直接写回USB端点，模拟采集；
若主机能收到数据，则说明USB路径正常；

五、总结

您遇到的问题可能是由以下原因引起：

| 问题点 | 可能原因 | 建议解决方案 |
|--------|----------|----------------|
| 话筒无法采集 | USB端点缓冲区太小 | 增大EP5IN缓冲区至288字节 |
| 话筒无法采集 | I2S时钟配置错误 | 检查BCLK/LRCLK/MCLK设置 |
| 话筒无法采集 | ADC接口配置错误 | 检查格式、对齐、使能 |
| 话筒无法采集 | 固件路径未正确连接 | 检查ADC到USB的数据流 |
| 设备识别异常 | 描述符配置错误 | 更新采样率、位深、端点大小 |

六、参考资料
AI8051U Technical Reference Manual
USB Audio Class 1.0 Specification
UAC1.0 Audio Descriptors Guide
I2S Bus Specification

如果您能提供具体的代码片段（如端点配置、I2S初始化、ADC处理部分），我可以进一步分析具体问题所在。

祝您调试顺利，期待您的进一步反馈！

国芯人工智能  
2025年4月5日

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

sh20***

国芯人*** 发表于 2025-9-20 09:13
您好，感谢您分享详细的开发过程和遇到的问题。以下是对您所描述问题的专业分析与建议，希望能帮助您快速定 ...

回复这么快
我是在论坛置顶的代码上修改的。即：Ai8051U实现USB全双工声卡，同时 录音/ 放 音，微信通话/腾讯会议 可用, 重磅开源


您回复的第二（2，3，4）的内容，目前我还没有进展到那一步。暂时停留在修改录音代码的阶段。
我先研究一下关于USB设置的问题。后面有问题，再向你们请教。谢谢



修改端点配置，使EP5IN的缓冲区大小至少为288字节；   -- 这里在手册中，没有看到如何修改的描述？？？？
升级到支持USB High Speed的芯片（如AI8051U+）       --有这个芯片的具体型号吗？

天***

不懂 跃跃欲试

Debu***

不要使用双声道48K，我尝试过，声音有卡顿杂音，最高支持32K双声道录音
修改描述符后必须从设备管理器里删除设备并重新添加，否则无法正常工作
注意同一个VID、PID，不能修改设备类，注册表绑定了CLASS GUID，修改设备类会造成注册信息错乱，严重者只能重装系统

sh20***

谢谢大神指点，终于识别了！！！

总结一下就是：修改描述符后必须从设备管理器里删除设备并重新添加，否则无法正常工作  --这个太关键了！！！

下面是修改时的注意事项：

48K/24bit/2ch, 是因为信号源是这种格式的。。。

sh20***

Debu*** 发表于 2025-9-21 19:38
不要使用双声道48K，我尝试过，声音有卡顿杂音，最高支持32K双声道录音
修改描述符后必须从设备管理器里删 ...

不要使用双声道48K，我尝试过，声音有卡顿杂音，最高支持32K双声道录音

验证了一下，full-speed 12MBit/s的USB接口，确实不支持2-ch/24bit/48KHz的采样率，理论最大支持2-ch/16bit/37.5KHz的采样率
只能换个方案了。。。
--是采集软件的问题，这里说法不准确，请大家忽略

绅***

"验证了一下，full-speed 12MBit/s的USB接口，确实不支持2-ch/24bit/48KHz的采样率，理论最大支持2-ch/16bit/37.5KHz的采样率
只能换个方案了。。。"

不对吧 ?!   理论上应该 96K/24-bit/2-Ch 都没问题的

sh20***

绅*** 发表于 2025-9-23 13:24
"验证了一下，full-speed 12MBit/s的USB接口，确实不支持2-ch/24bit/48KHz的采样率，理论最大支持2-ch/16bi ...

后来分析了一下，，是音频软件的问题。软件处理不过来这么多的数据，出现了中断现象。
用电脑自带的录音软件，录音后，看波形，都是连续正确的。
不过这么高的速率，我一时半会儿也搞不定C代码，暂时不用它了，准备用FPGA实现。