IIS协议概述
I²S（Inter-IC Sound）协议，又称 IIS（Inter-IC Sound），是一种专门用于数字音频数据传输的串行总线标准，由飞利浦（Philips）公司提出。该协议通常用于微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、音频编解码器（CODEC）等之间的音频数据交换。
1. I²S 协议基本特征
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 主从结构 | 一般由主设备提供时钟（BCLK 和 LRCK），从设备接收数据或发送数据。通常用于连接一个发送器（Master 或 Transmitter）和一个或多个接收器（Slave 或 Receiver）。 |
| 数据格式 | 串行传输，MSB（最高位）先发送，数据左对齐，通常为 16/24/32 位。 |
| 数据类型 | 一般支持双声道（立体声）数据，左声道和右声道交替传输。 |
| 时钟同步 | 使用两个时钟信号同步数据传输：位时钟（BCLK）和帧时钟（LRCK/WS）。 |
2. I²S 信号线说明
主要的信号线（通常至少 3 条）：
- SCK (Serial Clock) / BCLK (Bit Clock)： 串行时钟或位时钟。
- 功能： 为总线上的每个数据位提供时钟。每一位数据在 SCK 的一个时钟周期内传输。
- 频率： 通常等于
采样率 (Fs) × 每个通道的位数 (Word Length) × 通道数。例如，对于 44.1 kHz 立体声（2通道）、16位音频，理论上 SCK 至少需要 44.1 kHz * 16 * 2 = 1.4112 MHz。但实际上，为了兼容不同的位深，常常使用固定的 SCK 周期数，例如每个通道帧固定为 32 个 SCK 周期，此时 SCK = Fs * 64 = 44.1 kHz * 64 = 2.8224 MHz。 - 谁驱动： 通常由 Master 设备驱动。
- WS (Word Select) / LRCLK (Left-Right Clock)： 字选择或左右声道时钟。
- 功能：
- 指示当前传输的是哪个声道的数据（通常：Low = 左声道，High = 右声道，但也可能相反，需查阅设备手册）。
- 标记每个音频样本（“字”）的开始。
- 频率： 等于音频的采样率 (Fs)。例如，对于 44.1 kHz 音频，WS 信号的频率就是 44.1 kHz。
- 谁驱动： 通常由 Master 设备驱动。
- 功能：
- SD (Serial Data) / DIN / DOUT： 串行数据线。
- 功能： 承载实际的 PCM 音频数据。数据是串行传输的，通常是最高有效位 (MSB) 优先。
- 方向： 从发送器 (Transmitter/Master/Slave) 到接收器 (Receiver/Slave)。可能有 DIN（数据输入）和 DOUT（数据输出）分开的引脚。
可选信号线：
- MCLK (Master Clock)：主时钟（有时也叫 SYSCLK）。
- 功能： 提供一个比 SCK 更高频率的系统时钟，通常供 DAC 或 ADC 内部的Σ-Δ调制器等部件使用。
- 频率： 通常是采样率 Fs 的整数倍，如 128Fs, 256Fs, 384Fs, 512Fs 等。
- 谁驱动： 通常由系统中的主时钟源（可能是 Master 设备，也可能是独立的晶振）驱动。并非所有 I²S 实现都需要 MCLK。
| 信号线 | 全称 | 说明 |
|---|---|---|
| BCLK | Bit Clock | 每发送一个比特就跳变一次。数据线 DIN 在 BCLK 上升沿或下降沿有效（取决于实现）。 |
| LRCK/WS | Word Select | 指示当前数据是左声道还是右声道。低电平表示左声道，高电平表示右声道。 |
| DIN | Data Input | 数据线，主机输出音频数据，从设备读取（如 MAX98357）。 |
| DOUT | Data Output | 麦克风（如 INMP441）将音频数据通过此引脚发送出去。 |
| MCLK(可选) | Master Clock | 可选的主时钟，一些系统使用（如 CODEC），但许多模块如 MAX98357 不需要。 |
3. 工作模式
Standard I²S (飞利浦标准)： 数据在 WS 变化后的第二个 SCK 周期开始传输。左右通道的数据MSB均是在WS变化后第二个SCK/BCLK上升沿有效。
Left-Justified (左对齐)： 数据在 WS 信号变化的同时（或第一个 SCK 周期）就开始传输 MSB。具体如下图所示：
Right-Justified (右对齐)： 数据的 LSB 紧靠在 WS 信号下一次变化之前的最后一个 SCK 周期对齐。
- 接收设备必须事先知道待传数据的字长。
- 左右对齐模式的WS时钟高电平为左声道，低电平为右声道，刚好与标准IIS相反。
- SCK = 采样率（48K、44.1K、16K等） x 字长（16bit、24bit、32bit） x 2（左右两通道）
图片参考来自:IIS接口详细介绍-CSDN博客