麦克风阵列 UAC 驱动板 MA-USB8（使用指南）

2026-08-03

产品概览

MA-USB8 是一块为麦克风阵列提供 USB 音频与串口数据接口的驱动板，主要用于把麦克风阵列采集到的音频（通过 UAC2.0 8 通道）和声场成像/声源定位热力图（通过 CDC ACM / UART 帧）输出到上位机或 MCU。常见应用场景有语音采集、降噪、波束指向与声场可视化等。

UAC2.0（USB Audio Class）：8 通道，PCM S16_LE，48 kHz
CDC ACM（USB 虚拟串口）: 16×16 原始格式声场热力图（Hotmap Frame）串行输出
UART: 通过 UART (2,000,000 bps) 输出 16×16 原始/HEX+彩色格式声场热力图（适合 MCU 场景）

UAC 通道定义如下：

通道	数据
CH0～CH5	PEC 采集的原始有符号 16-bit PCM
CH6	CH0～CH5 延时对齐后的平均值，用作波束合成输出
CH7	PEC 采集的原始有符号 16-bit PCM

所有通道的采样率均为 48 kHz。UAC 传输期间，CH6 对应的 PEC 原始数据会被波束合成结果覆盖。

波束方向与物理麦克风顺序

观察麦克风阵列正面并将连接器、平边朝下：外圈顶部为 MIC0（CH0），MIC1～MIC5（CH1～CH5）沿顺时针排列。串口命令 0,1,..9,A,B 从 MIC0 方向开始，以 30° 为步进沿顺时针选择波束方向：

命令	角度	对应物理方向
`0`	0°	MIC0 / CH0
`1`	30°	MIC0 与 MIC1 之间
`2`	60°	MIC1 / CH1
`3`	90°	MIC1 与 MIC2 之间
`4`	120°	MIC2 / CH2
`5`	150°	MIC2 与 MIC3 之间
`6`	180°	MIC3 / CH3
`7`	210°	MIC3 与 MIC4 之间
`8`	240°	MIC4 / CH4
`9`	270°	MIC4 与 MIC5 之间
`A`	300°	MIC5 / CH5
`B`	330°	MIC5 与 MIC0 之间

物理编号和板上位置可参见麦克风阵列模块的点位图。CH6 是波束合成输出，不代表第 7 个物理方向。

本文是 MA-USB8 的使用指南，覆盖从接线、验证设备、音频录制、波束成形到如何读取/解析声场热力图与常见故障排查。

快速上手

硬件接线与基础准备

准备 5V/USB2.0 数据线。
将 MA-USB8 通过 USB 连接 PC（或杜邦线连接到 MCU 主板）。
选择一种模式：
- 首选：USB（UAC2.0 音频 + CDC ACM 串口）—— 在 PC 上同时获取多通道音频与声场帧。
- 备用：UART / USB2TTL（2,000,000-bit baudrate）—— 在 MCU/嵌入式场景下只获取（HEX/伪彩）声场帧。

建议在 PC 主机上安装 Audacity 常用音频处理软件。

继续前请检查：

确认 USB 数据线连接牢靠、设备上电（LED 是否闪烁），并使用 PC 的设备管理/终端确认出现 /dev/ttyACM0 或 Windows 下出现 MA-USB8 设备。
如果在 Windows 下使用 Audacity 录音，请先打开设备管理或 Audacity 的设置确认 MA-USB8 可见。

验证设备（Linux）

插入设备后运行：
- 查 USB 复合设备：
  - dmesg | tail # 看到 /dev/ttyACM0 和 SipeedUSB MicArray。
  - lsusb # 查看设备 id，便于 udev 规则或故障排查
- 音频设备：
  - arecord -l # 列出可用录音设备（应该看到 8 通道 UAC 设备）
  - pactl list short sources # Pulseaudio 环境下查看来源

验证设备（Windows）

在设备管理器中可看到音频接口 MicArray（UAC2.0）和虚拟串口 USB 串行设备（CDC ACM）。如需录制 8 通道音频，请在录音软件中选择 MicArray，并将格式设置为 8 通道、PCM 16-bit、48 kHz。

如果录音软件只能选择 1 或 2 通道，请参见Windows 只能选择 1 或 2 通道。

录音：录制 8 通道音频（UAC2.0）

下面给出 Linux CLI 与 Audacity 的常见步骤。

Linux（命令行，arecord 示例）

确认设备 arecord -l。记下 card:id，例如 hw:1,0。
使用 arecord 录制：

arecord -D hw:1,0 -f S16_LE -c 8 -r 48000 -t wav -d 10 test_8ch.wav

这条命令录制 10 秒的 8 通道 WAV（PCM S16_LE，48 kHz）。

（可选）使用 sox 提取指定通道（如 CH6）进行回放或分析：

sudo apt install sox
sox test_8ch.wav ch6.wav remix 7  # sox 的通道编号从 1 开始，7 表示第 7 个通道 (0-based->1-based 转换)
aplay ch6.wav

注意：硬件编号与通道索引关系与系统环境有关，录制或回放时请根据 arecord -l/aplay -l 输出确认硬件编号。如果无法访问串口设备，请参见Linux 无法访问串口设备。

Audacity（GUI）

打开 Audacity -> 编辑 -> 首选项 -> 设备，选择 MA-USB8 采集设备。
在录音通道处选择 8 通道。
开始录制，你会看到多通道波形，停止后可以选择某一路音轨听/导出。

Windows 下请选择 WASAPI；如果仍然只有 1 或 2 通道，请参见Windows 只能选择 1 或 2 通道。

波束成形（Beamforming）示例

MA-USB8 支持 12 方向的波束成形（0..B），每步为 30°。

示例：要把波束指向 CH0（0°）并在输出通道 CH6 获取波束合成后的音频：

打开串口（ttyACM0）：

minicom -D /dev/ttyACM0 -H

在 minicom 中直接输入 0（字符）设置波束为方向 0°。
在音频软件（Audacity / arecord）监听或录制 CH6：CH6 会包含指向 CH0 的波束合成音频（例如输入 0 对应角度 0°）。

备注：输入 0..9, A, B 分别对应 0°,30°,…,330° 的 12 个方向；默认值 0。

读取并解析声场热力图（CDC ACM / UART）

驱动板通过 CDC ACM（/dev/ttyACM0）或 UART（2,000,000 bps）输出声场热力图，两个接口的默认显示方式不同：

CDC ACM 连续输出原始二进制数据。每帧包含 16 字节帧头和 256 字节数据，详见 Hotmap Frame 格式。
UART 默认输出原始二进制数据。在串口中输入大写 F 后，开启 16×16 文本热力图；再输入大写 C，开启伪彩显示。输入小写 f、c 可分别关闭对应功能，详见完整指令表。

通过 minicom / picocom 观察（快速）

CDC ACM 使用 minicom 观察原始帧：

minicom -D /dev/ttyACM0 -H

UART 使用 picocom，波特率固定为 2,000,000 bps：

picocom -b 2000000 /dev/ttyUSB0

打开 picocom 后输入大写 F，将原始二进制流切换为 16×16 文本热力图；需要伪彩显示时，再输入大写 C。

如果串口没有数据或输出乱码，请分别参见CDC ACM 不输出热力图和UART 输出乱码或无法显示。

左：CDC ACM 原始二进制帧的十六进制预览。右：UART 开启 16×16 打印后，从普通文本热力图切换到伪彩热力图的过程。

MCU 解析串口数据帧

如果要在 MCU 端解析这个帧，原则相同：丢弃 16 字节头并把后 256 字节按行/列解析。

常用串口命令 (用户速查)

下面摘录最常用且对普通用户最有用的串口命令，便于现场调试：

设置波束方向（0..9, A, B）：向串口直接输入字符（例如 0、3、A）来设置波束方向。
打开/关闭 LED 指示灯：输入 e / E （小写关，大写开）。
切换 UART 热力图打印：输入 f 关闭、F 开启 16×16 ASCII 打印。

更多详细指令及行为参见本文末的“开发者参考”中的完整指令表。

示例：设置并验证波束方向

在串口中输入 3（示例）设置方向为 90°（3×30=90）。
在 Audacity 中监听 CH6：你应该在 CH6 听到来自目标方向的声音被增强，或在系统中录制 CH6 再回放分析。

常见问题与故障排查

Windows 只能选择 1 或 2 通道

先选择 WASAPI，再进入“设置 → 系统 → 声音 → 输入 → MicArray”，将“音频增强（Audio Enhancements）”设为“关闭”，然后重新打开录音软件。Windows 的 Voice Clarity 等音频增强可能限制应用可用的录音通道数。

Linux 无法访问串口设备

无法访问 /dev/ttyACM0 或 /dev/ttyUSB0 时，可将当前用户加入 plugdev 组，然后重新登录：

sudo usermod -a -G plugdev $USER

也可以创建 udev 规则（示例，替换 vendor/product id）：

# /etc/udev/rules.d/99-ma-usb8.rules
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="359F", MODE="0666", GROUP="plugdev"

CDC ACM 不输出热力图

确认设备同时处于 CDC ACM/UAC 模式，而不是仅用作 UAC 音频。关闭其他占用该串口的软件，然后重新打开串口。

UART 输出乱码或无法显示

确认波特率为 2000000 bps，并使用 picocom -b 2000000、minicom -b 2000000 等工具。Windows 下需要安装正确的 USB 串口驱动（CH340/CH341/CH552 等）。

固件升级

本页提供的固件仅适用于 MA-USB8：

20260803

文件：MA-USB8-260803.bin
文件大小：87456 字节
SHA-256：40a03a916f0cd95113109e9ba2e259e37b20db5cb19b8d1664280446cbb2ee07

20251201

文件：MA-USB8-251201.bin
文件大小：87552 字节
SHA-256：f2381d1f5a50b0fc7a15e6723f61c4204dfae9dc394bfa349a18404ecd0c2905

升级步骤：

下载固件并核对文件大小或 SHA-256。
按照固件刷写教程连接设备、进入烧录模式并写入固件。
烧录完成后重新插拔设备。
在 Linux 下使用 lsusb -v 和 arecord -l，或在 Windows 声音设置中确认 MicArray 已提供 8 通道、PCM 16-bit、48 kHz 格式。
如果 Windows 录音软件仍然只能选择 1 或 2 通道，请参见Windows 只能选择 1 或 2 通道。

升级前请记录当前固件版本和设备描述符，便于升级失败时核对设备状态。固件升级过程中不要断开 USB 连接或关闭烧录工具。

开发者参考（协议、代码示例、完整指令表）

以下内容针对需要二次开发或深入调试的用户；普通用户可以忽略其中的协议细节。

Hotmap Frame 格式（开发者视角）

frame	bytes	value
head	16	16 × 0xFF
data	16 × 16	每点 1 字节 (0-255)，按行优先 (HxW)

说明：总长度为 16 + 256 = 272 字节；head 用于对齐与帧头检测，payload 为 256 字节，每个字节表示该网格点的强度（0 最小，255 最大）。

完整指令表（开发者）

指令	输入(小/大写: 关/开)	默认值	作用	输入源
设置 UAC CH6 波束成型方向角度	0,1,..9,A,B	0	从 MIC0 / CH0 开始顺时针选择方向，每步 30°；映射见波束方向与物理麦克风顺序，CH6 输出合成音频	任意（串口/CDC）
修改声源定位激活阈值(t,T)	t, T	650	t: -50, T: +50, 阈值可调范围: 0~2000	任意（串口/CDC）
UART 声源定位图伪彩映射开关 (c/C)	c, C	c	打开/关闭热力图伪彩（color map），需要先开启 16×16 打印	仅 UART
UART 打印内部调试信息 (d/D)	d, D	d	启用/禁用调试信息输出	仅 UART
LED 指示灯开关 (e/E)	e, E	E	启用/禁用 LED 实时指示显示	任意
UART 16×16 打印开关 (f/F)	f, F	f	切换 UART 打印 16×16 声场矩阵 (ASCII)	仅 UART
恢复默认设置 (R)	R	-	恢复驱动板所有默认设置	任意

udev 与权限建议

若运行 Linux 且经常使用串口，建议为设备创建 udev 规则来简化权限管理：

# /etc/udev/rules.d/99-ma-usb8.rules
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="XXXX", ATTRS{idProduct}=="YYYY", MODE="0666", GROUP="plugdev"

替换 XXXX / YYYY 为 lsusb 显示的设备 Vendor/Product id。

串口/USB 注意事项

CDC ACM（/dev/ttyACM0）在 Linux 下通常为内核 cdc_acm 驱动映射；若发现与 UAC 音频冲突，请先确认没有其他程序占用端口。
UART/TTY（/dev/ttyUSB0）一般由 USB转串口芯片（CH34x、CH340、CH552）驱动映射。

麦克风阵列

Sipeed Gamepad

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