🛠 Acquérir le micro PDM MP45DT02 : I2S2, filtre PDM-vers-PCM et contraintes de sortie

Objectif

Utiliser le MP45DT02, le microphone numérique omnidirectionnel PDM embarqué sur la STM32F4DISCOVERY. Contrairement à un micro analogique, il ne sort pas une tension mais un flux PDM 1 bit à haute fréquence, que le STM32F407 capture en I2S2 (mode « receive ») puis décime en PCM 16 bits par un filtre fourni dans STM32CubeF4. Le vrai sujet de niveau avancé n'est pas le micro : c'est où sortir les données, car cette carte cumule les pièges de brochage série.

La chaîne d'acquisition

1. I2S2 en réception horloge PDM : le BSP audio CubeF4 (BSP_AUDIO_IN_*, démos record de Projects/STM32F4-Discovery/) configure le périphérique et le filtre PDM (décimation + filtre passe-bas) qui produit du PCM 16 bits.
2. Double bufferisation DMA : pendant que le half-buffer est traité, le suivant se remplit — la callback HalfTransfer/TransferComplete recharge la fenêtre d'analyse.
3. Exfiltration : la carte n'a ni broche micro-SD ni PHY Ethernet (le MAC 10/100 est dans la puce, pas sur le connecteur). Trois options : le port OTG FS en CDC (voir le tutoriel USB), un dongle USB-série externe sur UART2 PA2/PA3, ou un traitement 100 % embarqué (VAD, détection de claquement) sans export.

Les pièges de brochage qui transforment un TP en cauchemar

• UART1 est inutilisable sans modification de carte : ses broches alternatives sont PB6/PB7, or PB6 est le SCL I2C du codec CS43L22 (commentaire explicite du port MicroPython : « Without board modifications, this makes UART1 unusable on this board »).
• PA0 (UART4 TX/CTS) est accaparé par le bouton USER et WKUP ; le port MicroPython documente le retrait de SB20 pour libérer la broche.
• PC7 est MCLK du codec : à éviter en série si le codec vit.
• Le VCP du ST-LINK n'est pas câblé sur les cartes stock : un câble série externe sur PA2/PA3 reste la voie sûre.
• Budget : à 115200 bauds, un PCM 16 bits stéréo 16 kHz pèse 512 kbit/s — impossible en série simple. Réduisez (mono, 8 kHz, 8 bits, ou compression) ou partez sur le CDC USB.

Squelette de code

#include "stm32f4_discovery.h"
#include "stm32f4_discovery_audio.h"

static int16_t pcmBuf[2 * AUDIO_IN_BUF_SIZE]; /* double buffer DMA */

int main(void)
{
  HAL_Init;
  SystemClock_Config;                       /* 168 MHz */
  MX_I2S2_Init;                             /* I2S2 RX horloge PDM */
  BSP_AUDIO_IN_Init(AUDIO_IN_FREQUENCY_DEFAULT, 16, 0);
  BSP_AUDIO_IN_Record(pcmBuf, 2 * AUDIO_IN_BUF_SIZE);

  while (1) {
    if (halfReady) { halfReady = 0; Uart2Send(pcmBuf, AUDIO_IN_BUF_SIZE); }
    if (fullReady) { fullReady = 0; Uart2Send(pcmBuf + AUDIO_IN_BUF_SIZE,
                                              AUDIO_IN_BUF_SIZE); }
  }
}
/* Callbacks BSP_AUDIO_IN_HalfTransfer_CallBack / TransferComplete */

Démarche complète

1. Compilez la démo record de CubeF4 pour STM32F4-Discovery comme référence (brochage I2S2 + filtre PDM déjà bons).
2. Remplacez l'écriture vers le codec par votre exfiltreur : CDC OTG ou UART2 à la vitesse maximale propre à votre câble.
3. Côté PC, relevez le flux (8 bits signés ou 16 bits selon votre maquette), tracez un spectrogramme : la voix doit apparaître sous 4 kHz.
4. Pour un produit réel, traitez à bord (énergie par trame, wake-word léger) et ne sortez que les événements.

Vérification attendue

En tapant dans les mains, le spectrogramme montre une rafale large bande ; en parlant, des formants sous 4 kHz. Un plancher de bruit régulier sans structure = filtre PDM mal dimensionné ou horloge I2S2 incorrecte.

Erreurs fréquentes

• Câbler une sortie analogique de micro sur une broche ADC : le MP45DT02 est un périphérique numérique PDM sur I2S2, pas un micro analogique.
• Choisir UART1 « parce que c'est le premier » : PB6/PB7 sont conflictuels avec le codec, la carte est documentée comme incompatible UART1 sans modification.
• Viser 44,1 kHz stéréo 16 bits sur une série 115200 : le débit est physiquement dépassé de dix fois.
• Négliger l'interaction codec/micro : les deux périphériques audio partagent l'I2C de contrôle et les interruptions — le BSP avertit que l'I2C du CS43L22 peut être corrompu par des ISR utilisateur.