基于STM32單片機(jī)無線藍(lán)牙耳機(jī)設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u第一章：緒論 第一章：緒論隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)以及通信技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)迫切需要一種無線數(shù)據(jù)與語音通話相連接的技術(shù)，而藍(lán)牙就正好滿足了這個(gè)需求，它可以將有限范圍內(nèi)的數(shù)字設(shè)備與各種信息傳輸相建立起關(guān)系進(jìn)行通信與鏈接非常的契合了該技術(shù)發(fā)展的需要。同時(shí)無線藍(lán)牙耳機(jī)在人們的生活當(dāng)中也有廣泛的需求，例如聽歌或者是在開車的時(shí)候都需要藍(lán)牙耳機(jī)來接聽，這些相比于有線耳機(jī)，能夠給人們帶來更多舒適閑暇的安靜，時(shí)刻沉浸在自己的時(shí)時(shí)光里。隨著藍(lán)牙不斷的優(yōu)化與發(fā)展，現(xiàn)在單聲道的藍(lán)牙耳機(jī)成本已經(jīng)降得很低，并且像一般主流的藍(lán)牙耳機(jī)成本也在100多左右，所以對(duì)普通用戶來說完全是可以接受的，因此在藍(lán)牙耳機(jī)的使用上面有著廣泛的需求，這是一個(gè)很龐大的市場，所以對(duì)無線藍(lán)牙耳機(jī)的研究就有一定的意義。第二章：系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1功能要求無線藍(lán)牙耳機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)的動(dòng)能有幾點(diǎn)：1.該系統(tǒng)可以播放手機(jī)音樂，手機(jī)必須連接到設(shè)備的藍(lán)牙模塊，然后手機(jī)才能播放音樂;2.單片機(jī)采集廣告內(nèi)部的聲音信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，指示開、關(guān)不同的LED燈，達(dá)到不同高度的LED燈柱;3.通過電位器可以調(diào)節(jié)聲音的音量，不同聲級(jí)的對(duì)應(yīng)顯示不同，實(shí)現(xiàn)了聲音與實(shí)際效果的對(duì)應(yīng)。2.2設(shè)計(jì)方案本次系統(tǒng)以單片機(jī)為核心外圍電路包含了LED指示燈、藍(lán)牙音頻輸出、模塊LM386音頻放大路電路、預(yù)留窗口，系統(tǒng)程序框圖如圖2-1所示。藍(lán)牙音頻藍(lán)牙音頻音頻輸出單片機(jī)預(yù)留窗口口LM386圖2-1基本工作原理圖2.3模塊方案選擇1）單片機(jī)的選擇具32微控制器，32位計(jì)算精度。與計(jì)算精度只有8位的51系列MCU相比，Stm32單片機(jī)具有更高的計(jì)算精度，這也意味著Stm32能夠?qū)?shù)據(jù)的處理精度以及計(jì)算速度更高，但是由于Stm32具有先進(jìn)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，因此Stm32在獲得更高計(jì)算能力的同時(shí)，與51系列的單片機(jī)具有類似的功耗，因此在一些高端工業(yè)場景，如無人機(jī)控制系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)中，經(jīng)常可以看到Stm32單片機(jī)的身影。Stm32單片機(jī)具有100路常用IO引腳，不同于51單片機(jī)的普通IO引腳，Stm32的這100路IO引腳可進(jìn)行自由的定制，如可以在一路IO引腳上實(shí)現(xiàn)中斷、串口、AD轉(zhuǎn)換能相關(guān)能力的配置，因此具有更好的應(yīng)用范圍，可以滿足更高的用戶需求。在定時(shí)器方面，Stm32包含了四路72定時(shí)器，并且可以配置成上升沿、下降沿以及邊沿輸入捕獲模式，該模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部信號(hào)的定時(shí)采樣與頻率檢測功能。同時(shí)，Stm32還有4個(gè)串口插腳。這些串口引腳的傳輸速度范圍可以從4800改變到115200，波特率范圍比51系列微控制器更大。2）藍(lán)牙音頻選擇選擇LYYP藍(lán)牙收發(fā)模塊、藍(lán)牙聲音接收模塊，用戶可以通過模塊內(nèi)置的無線藍(lán)牙接口連接智能手機(jī)、電腦等所有配置的藍(lán)牙連接音頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無線傳輸。各種音頻輸出信號(hào)的傳輸和回放,還可以實(shí)現(xiàn)立體聲音頻輸出，內(nèi)置藍(lán)牙音頻天線簡化結(jié)構(gòu)，電源直流電壓為3.7v~5v，可選擇供電方式。電源直流電壓3.7v~5v，可選擇電源方式。可作為一般的功放、有源揚(yáng)聲器等，并增加了內(nèi)置藍(lán)牙音頻接收卡的功能。h7針輸出電源接口每孔2.54孔，每個(gè)7針輸出電源接口為:輸出電源，接地，左通道，右通道，靜音，不同模式LED，預(yù)留輸出端口。1個(gè)LED藍(lán)牙狀態(tài)接口，外接100歐姆電阻，串口連接LED藍(lán)牙指示燈到地。當(dāng)藍(lán)牙連接未準(zhǔn)備好時(shí)，快速閃爍;當(dāng)藍(lán)牙端口連接好時(shí)，快速慢閃。體積約為:30mm×20mm×3mm。3）功放模塊選擇LM386功放模塊是一種常用的音頻集成功放運(yùn)算放大器。它是由美國半導(dǎo)體公司制造的。該模塊具有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，其自身功耗低，并且更新時(shí)間短，可以根據(jù)增益自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)減少電壓波動(dòng)范圍，以及失真小等一系列眾多集成功率放大器不具備的特點(diǎn)。該模塊在音頻相關(guān)的領(lǐng)域用得十分廣泛，比如收音機(jī)接收機(jī)等等其外部元器件較少，但是電壓輸出的增益可以高達(dá)20倍，其結(jié)構(gòu)原理可以看到在一管腳和8管腳之間有相應(yīng)的連接電阻與電容，可以實(shí)現(xiàn)輸入電壓值和增益范圍，任意可調(diào)并且高達(dá)20倍以上。另外lm386也特別適用于虛電直流供應(yīng)的場合，因?yàn)樵?伏電源輸入的情況下，它的實(shí)際功耗僅為24mw。第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路基于STM32單片機(jī)無線藍(lán)牙耳機(jī)控制系統(tǒng)中，通過單片機(jī)最小驅(qū)動(dòng)外部電路。完成的單片機(jī)接口電路如圖3-1所示。STM32系列微處理器是一款32位、小格式的微控制器，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模擬和自動(dòng)跟蹤，適用于意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的arm7架構(gòu)。由于本產(chǎn)品的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)沒有針對(duì)最低的硬件成本或較低的硬件功耗，所以選擇了s軟件控制電路芯片,在能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要功能的基礎(chǔ)上，同時(shí)需要更多的通用控制接口和軟件功能，使用戶可以為每個(gè)控制電路設(shè)計(jì)和補(bǔ)充必要的輔助軟件擴(kuò)展。該自動(dòng)控制系統(tǒng)芯片使學(xué)生在大學(xué)單片機(jī)電機(jī)技術(shù)課程的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)后，很容易上手。該技術(shù)在各種醫(yī)療器械中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)課程作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和研究應(yīng)用具有良好的價(jià)值。圖3-1STM32單片式主機(jī)核心板接口原理圖本文采用Stm32單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器，Stm32采用了72MHz的工作頻率，基準(zhǔn)電壓為5V。其中單片機(jī)的時(shí)鐘頻率在71MHz時(shí)能夠到達(dá)最優(yōu)性能，在72MHz以內(nèi)，時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的性能會(huì)明顯提升，當(dāng)超過72MHz時(shí)，單片機(jī)的性能基本保持不變。單片機(jī)的基準(zhǔn)電壓為5V，但是可以識(shí)別3~5V電壓范圍內(nèi)的基準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)低于5V時(shí)，性能會(huì)略微降低。本文設(shè)計(jì)了7805穩(wěn)壓電路來為單片機(jī)提供基準(zhǔn)電壓，時(shí)鐘電路采用72MHz進(jìn)行提供，外部電路的電壓為12V，12V的外部工作電源通過7805轉(zhuǎn)壓芯片的處理后，可以給單片機(jī)提供比較穩(wěn)定的5V工作電壓。在復(fù)位電路方面，本文設(shè)計(jì)了上拉電阻來為單片機(jī)的復(fù)位引腳提供復(fù)位功能，當(dāng)按鍵按下時(shí)，復(fù)位引腳與地相連，單片機(jī)檢測到低電平后，自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位。下圖給出了本文設(shè)計(jì)的時(shí)鐘和復(fù)位電路：圖3-2時(shí)鐘和復(fù)位電路3.2LED信號(hào)指示電路基于STM32單片機(jī)無線藍(lán)牙耳機(jī)控制系統(tǒng)中，LED信號(hào)指示電路用來顯示無線耳機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)。其中一共有8個(gè)LED燈顯示紅色，指示電路如圖3-3所示。LED都是通用式的燈光二極管,它即一種通用式的發(fā)光二極管,它主要用途是用于通用發(fā)光半導(dǎo)體中的發(fā)光光電二極管的一種,可以把光的全部電能轉(zhuǎn)化成其他燈的光能。發(fā)光的導(dǎo)光電處理二極管與普通的導(dǎo)電光處理二極管一樣的都說它是由一個(gè)單向具有P或PN極的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)所結(jié)合組成,也有的就是說它具有單向性的二極導(dǎo)電性。在各種閃光保護(hù)電路中,電阻的基本保護(hù)作用主要的就是用來控制電源限流,保護(hù)停在LED上的閃光燈。只要一個(gè)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的兩個(gè)電源引路控制器的引路三腳燈被自動(dòng)拉低,則其中只有一個(gè)led電源指示燈亮,否則,LED電源指示燈不亮。通過發(fā)光二極管直接與單片機(jī)的PB管腳連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)其信號(hào)控制。其具體應(yīng)用集成電路硬件工作結(jié)構(gòu)原理及軟件框圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如電路圖及軟件下圖所示。圖3-3LED燈指示電路原理圖3.3LYYP藍(lán)牙音頻接收板電路基于STM32單片機(jī)無線藍(lán)牙耳機(jī)控制系統(tǒng)中，LYYP藍(lán)牙音頻接收電路用來與手機(jī)藍(lán)牙連接。這樣就可以將手機(jī)音頻信號(hào)發(fā)送到無線耳機(jī)當(dāng)中，電路如圖3-4所示。藍(lán)牙音頻信號(hào)是直接通過藍(lán)牙與單片機(jī)進(jìn)行連接，所以在引腳上并不會(huì)與單片機(jī)連接，而藍(lán)牙音頻的引腳主要和輸出運(yùn)放以及功放電路板相連接。當(dāng)中將左聲道與lm386功放板連接在一起，作為lm386的音頻輸入端既要在輸出的時(shí)候，lm386版會(huì)與單片機(jī)的PA領(lǐng)口相連接，這樣就間接實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)音頻信號(hào)的控制。系統(tǒng)接線圖：（一般會(huì)選擇在模塊電源輸入端接入一顆220uF的電解電路對(duì)電源進(jìn)行濾波處理，讓模塊供電電源電壓更加平穩(wěn)）圖3-4藍(lán)牙音頻接收板模塊接線圖端口說明：1、+5v穩(wěn)壓電源:將電源線接至正極，電壓工作范圍為4.2v~5v，確保電源在此電壓范圍內(nèi)，若超過此電壓范圍，可能會(huì)損壞電源模塊或?qū)е孪到y(tǒng)異常運(yùn)行;2、地：GDN接電源負(fù)極；3、左聲道:連接到電源回放卡的左通道輸入，或連接到耳機(jī)功放的左通道，建議將音頻電容連接到通道輸出端口的左側(cè)。(取決于要適應(yīng)聲音功率再現(xiàn)的電容器的輸入)。4、右聲道:連接到功率放放盤正確通道的放放輸入或耳機(jī)功率放大器的正確通道，建議將音頻電容連接到設(shè)備輸出端口的右邊。通道(電容器，它必須根據(jù)視在功率的再生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整，必須接通)饋電而不作決定);5、靜音噪聲輸出輸入端口:該輸出端口噪聲預(yù)置為靜音高電平，將端口噪聲預(yù)設(shè)為高電平靜音，當(dāng)主機(jī)靜音時(shí)，輸出端口靜音輸出值較低;6、狀態(tài)連接指示燈:當(dāng)其他藍(lán)牙設(shè)備未連接時(shí)，指示燈快速閃爍，當(dāng)其他藍(lán)牙設(shè)備成功連接時(shí)，指示燈緩慢快速閃爍。7、預(yù)留輸入輸出端口:充電后的輸入端口連續(xù)上下放電并拉至5v。當(dāng)?shù)碗娖紻C返回到保留輸入端口時(shí)，該保留端口就會(huì)關(guān)閉。當(dāng)電平電流復(fù)位后，預(yù)留輸入端口的低電平電壓觸發(fā)自動(dòng)啟動(dòng)。3.4音頻輸出LM386功放電路LM386功放電路是放大藍(lán)牙接收板上的信號(hào)，由于接收到的信號(hào)較弱，只有毫伏級(jí)是無法驅(qū)動(dòng)音頻發(fā)聲，因此LM386功放電路是很必要的。LM386在使用上將它的三引角與藍(lán)牙音頻接收模塊相連，這樣就會(huì)接收到來自手機(jī)的信號(hào)，并且是通過藍(lán)牙音頻已經(jīng)解調(diào)過的信號(hào)，該信號(hào)可以直接被LM386放大，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)聲。而該模塊的4管腳會(huì)與單片機(jī)端口相連，這樣可以通過單片機(jī)來控制該模塊，此外一管腳與二管腳分別是電源以及接地的管角，因此設(shè)計(jì)如下圖所示：圖3-5傳感器接口電路原理圖第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖 本文主要設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單片機(jī)Stm32單片機(jī)作為控制核心，通過無線通信模塊連接單片機(jī)和多通道傳感器進(jìn)行傳輸和手機(jī)音頻數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)的主程序流程如下所示：4-1系統(tǒng)主程序流程圖4.2藍(lán)牙音頻控制流程LYYP藍(lán)牙音頻模塊是一款接收手機(jī)藍(lán)牙信息，在此基礎(chǔ)上接收解碼處理，發(fā)送到功率放大模塊上面。系統(tǒng)開始首先會(huì)對(duì)此模塊初始化，然后判斷藍(lán)牙是否有數(shù)據(jù)傳輸，將接收到的信號(hào)通過解碼傳輸?shù)焦β史糯笊厦娼Y(jié)束。圖4-2藍(lán)牙音頻控制流程圖第五章：系統(tǒng)實(shí)物制作與調(diào)試5.1實(shí)物制作系統(tǒng)各個(gè)模塊焊接完畢之后。接下來對(duì)于各個(gè)模塊進(jìn)行檢查測試，第一步通過肉眼光差焊接點(diǎn)是否存漏焊或者虛焊等問題。如果存在漏焊或者虛焊等問題可能在后期燒入程序的時(shí)候出現(xiàn)模塊功能不正常等問題。對(duì)于電路是否存在短路或者短路這方面的問題，肉眼可能無法識(shí)別出來，這些問題都是在焊接過程中極其容易出現(xiàn)的。一旦出現(xiàn)這些問題系統(tǒng)可能出現(xiàn)發(fā)熱、無法正常工作等問題。在對(duì)于本設(shè)計(jì)的電路檢測中，有些地方是無法用人眼判斷出來的，可以通過使用萬用表等輔助工具對(duì)于電路進(jìn)行檢測。完成對(duì)于電路的初步檢測過后可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行上電測試，看各個(gè)模塊的電源電壓是否達(dá)到模塊需要的工作電壓，觀察各個(gè)模塊是否存在不通電等現(xiàn)象。待所有模塊都檢測過不存在不上電、發(fā)熱等情況本設(shè)計(jì)電路檢測完畢。（1）通過繪圖軟件將“無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)”的電路圖存入圖片中，以便日后再次焊接時(shí)可以根據(jù)圖紙進(jìn)行布局和焊接。（2）“藍(lán)牙無線耳機(jī)系統(tǒng)”的軟件實(shí)現(xiàn)程序通過單片機(jī)的充電程序安裝在單片機(jī)上。（3）分析“無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)”的電路圖紙，然后準(zhǔn)備必要的焊錫電子元器件。擬生產(chǎn)的電子材料有:極電容、LED燈、三體、電阻器、STM32核心卡、LM386模塊、藍(lán)牙音響模塊、按鍵等。4)準(zhǔn)備數(shù)字萬用表。數(shù)字萬用表可以用來評(píng)定焊絲和設(shè)備的方向。根據(jù)以上四點(diǎn)，完成的藍(lán)牙無線耳機(jī)系統(tǒng)物理框圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖完成的無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)后，按照設(shè)計(jì)制作的流程，在進(jìn)入到通電測試的環(huán)節(jié)之前，將準(zhǔn)備好的數(shù)字萬用表取出，然后檢測的電路經(jīng)過檢測無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)電路其測量焊接正確。5.2實(shí)物測試1、無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)初始化測試無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng),接入一個(gè)供電的移動(dòng)手機(jī)充電頭,5v的無線耳機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)電源就會(huì)開始為系統(tǒng)提供供電,按下啟動(dòng)式的電源開關(guān),無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行初始化操作,實(shí)物的初始化測試過程如圖5-2所示:圖5-2無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)初始化測試無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)初始化測試如圖5-2，按下電源開關(guān)后，無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)的LED電路第一個(gè)燈亮、LM386功放模塊紅色LED指示燈亮并響起提示音、單片機(jī)紅色LED指示燈亮起、同時(shí)，LYYP藍(lán)牙音頻模塊紅色LED指示持續(xù)閃爍說明等待與手機(jī)連接。無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)連接藍(lán)牙測試無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng),接入一個(gè)供電的移動(dòng)手機(jī)充電頭,5v的無線耳機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)電源就會(huì)開始為系統(tǒng)提供供電,按下啟動(dòng)式的電源開關(guān),LYYP藍(lán)牙音頻模塊LED指示燈持續(xù)閃爍，將手機(jī)打開藍(lán)牙搜索本系統(tǒng)名稱WIN668進(jìn)行連接，無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)連接藍(lán)牙測試如圖5-3所示，連接成功后無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)LYYP藍(lán)牙音頻模塊LED指示燈由原來的持續(xù)閃爍轉(zhuǎn)化為常亮。圖5-3無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)連接藍(lán)牙測試3、無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)放音樂完成測試無線藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng),接入一個(gè)供電的移動(dòng)手機(jī)充電頭,5v的無線耳機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)電源就會(huì)開始為系統(tǒng)提供供電,按下