【基于STM32單片機無線藍牙耳機設(shè)計5400字（論文）】

基于STM32單片機無線藍牙耳機設(shè)計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)，而藍牙就正好滿足了這個需求，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)系進行通信與鏈接非常的契合了該技術(shù)發(fā)展的需要。同時無線藍牙耳機在人們的生活當中也有廣泛的需求，例如聽歌或者是在開車的時候都需要藍牙耳機來接聽，這些相比于有線耳機，能夠給人們帶來更多舒適閑暇的安靜，時刻沉浸在自己的時時光里。隨著藍牙不斷的優(yōu)化與發(fā)展，現(xiàn)在單聲道的藍牙耳機成本已經(jīng)降得很低，并且像一般主流的藍牙耳機成本也在100多左右，所以對普通用戶來說完全是可以接受的，因此在藍牙耳機的使用上面有著廣泛的需求，這是一個很龐大的市場，所以對無線藍牙耳機的研究就有一定的意義。第二章：系統(tǒng)方案設(shè)計2.1功能要求無線藍牙耳機設(shè)計系統(tǒng)中，實現(xiàn)的動能有幾點：1.該系統(tǒng)可以播放手機音樂，手機必須連接到設(shè)備的藍牙模塊，然后手機才能播放音樂;2.單片機采集廣告內(nèi)部的聲音信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，指示開、關(guān)不同的LED燈，達到不同高度的LED燈柱;3.通過電位器可以調(diào)節(jié)聲音的音量，不同聲級的對應(yīng)顯示不同，實現(xiàn)了聲音與實際效果的對應(yīng)。2.2設(shè)計方案本次系統(tǒng)以單片機為核心外圍電路包含了LED指示燈、藍牙音頻輸出、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。藍牙音頻藍牙音頻音頻輸出單片機預(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）單片機的選擇具32微控制器，32位計算精度。與計算精度只有8位的51系列MCU相比，Stm32單片機具有更高的計算精度，這也意味著Stm32能夠?qū)?shù)據(jù)的處理精度以及計算速度更高，但是由于Stm32具有先進的設(shè)計架構(gòu)，因此Stm32在獲得更高計算能力的同時，與51系列的單片機具有類似的功耗，因此在一些高端工業(yè)場景，如無人機控制系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)中，經(jīng)?？梢钥吹絊tm32單片機的身影。Stm32單片機具有100路常用IO引腳，不同于51單片機的普通IO引腳，Stm32的這100路IO引腳可進行自由的定制，如可以在一路IO引腳上實現(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。在定時器方面，Stm32包含了四路72定時器，并且可以配置成上升沿、下降沿以及邊沿輸入捕獲模式，該模式可以實現(xiàn)對外部信號的定時采樣與頻率檢測功能。同時，Stm32還有4個串口插腳。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）藍牙音頻選擇選擇LYYP藍牙收發(fā)模塊、藍牙聲音接收模塊，用戶可以通過模塊內(nèi)置的無線藍牙接口連接智能手機、電腦等所有配置的藍牙連接音頻設(shè)備，實現(xiàn)無線傳輸。各種音頻輸出信號的傳輸和回放,還可以實現(xiàn)立體聲音頻輸出，內(nèi)置藍牙音頻天線簡化結(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?？勺鳛橐话愕墓Ψ?、有源揚聲器等，并增加了內(nèi)置藍牙音頻接收卡的功能。h7針輸出電源接口每孔2.54孔，每個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LED藍牙狀態(tài)接口，外接100歐姆電阻，串口連接LED藍牙指示燈到地。當藍牙連接未準備好時，快速閃爍;當藍牙端口連接好時，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。首先，其自身功耗低，并且更新時間短，可以根據(jù)增益自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)減少電壓波動范圍，以及失真小等一系列眾多集成功率放大器不具備的特點。該模塊在音頻相關(guān)的領(lǐng)域用得十分廣泛，比如收音機接收機等等其外部元器件較少，但是電壓輸出的增益可以高達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，可以實現(xiàn)輸入電壓值和增益范圍，任意可調(diào)并且高達20倍以上。另外lm386也特別適用于虛電直流供應(yīng)的場合，因為在6伏電源輸入的情況下，它的實際功耗僅為24mw。第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)電路基于STM32單片機無線藍牙耳機控制系統(tǒng)中，通過單片機最小驅(qū)動外部電路。完成的單片機接口電路如圖3-1所示。STM32系列微處理器是一款32位、小格式的微控制器，支持實時數(shù)據(jù)模擬和自動跟蹤，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)計沒有針對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)計的主要功能的基礎(chǔ)上，同時需要更多的通用控制接口和軟件功能，使用戶可以為每個控制電路設(shè)計和補充必要的輔助軟件擴展。該自動控制系統(tǒng)芯片使學(xué)生在大學(xué)單片機電機技術(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，對課程作業(yè)、實驗和研究應(yīng)用具有良好的價值。圖3-1STM32單片式主機核心板接口原理圖本文采用Stm32單片機作為系統(tǒng)的核心控制器，Stm32采用了72MHz的工作頻率，基準電壓為5V。其中單片機的時鐘頻率在71MHz時能夠到達最優(yōu)性能，在72MHz以內(nèi)，時鐘頻率越高，單片機的性能會明顯提升，當超過72MHz時，單片機的性能基本保持不變。單片機的基準電壓為5V，但是可以識別3~5V電壓范圍內(nèi)的基準信號，當單片機的時鐘信號低于5V時，性能會略微降低。本文設(shè)計了7805穩(wěn)壓電路來為單片機提供基準電壓，時鐘電路采用72MHz進行提供，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)計了上拉電阻來為單片機的復(fù)位引腳提供復(fù)位功能，當按鍵按下時，復(fù)位引腳與地相連，單片機檢測到低電平后，自動進行復(fù)位。下圖給出了本文設(shè)計的時鐘和復(fù)位電路：圖3-2時鐘和復(fù)位電路3.2LED信號指示電路基于STM32單片機無線藍牙耳機控制系統(tǒng)中，LED信號指示電路用來顯示無線耳機當前的狀態(tài)。其中一共有8個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。在各種閃光保護電路中,電阻的基本保護作用主要的就是用來控制電源限流,保護停在LED上的閃光燈。只要一個驅(qū)動單片機的兩個電源引路控制器的引路三腳燈被自動拉低,則其中只有一個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的PB管腳連接，實現(xiàn)單片機對其信號控制。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藍牙音頻接收板電路基于STM32單片機無線藍牙耳機控制系統(tǒng)中，LYYP藍牙音頻接收電路用來與手機藍牙連接。這樣就可以將手機音頻信號發(fā)送到無線耳機當中，電路如圖3-4所示。藍牙音頻信號是直接通過藍牙與單片機進行連接，所以在引腳上并不會與單片機連接，而藍牙音頻的引腳主要和輸出運放以及功放電路板相連接。當中將左聲道與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候，lm386版會與單片機的PA領(lǐng)口相連接，這樣就間接實現(xiàn)了單片機對音頻信號的控制。系統(tǒng)接線圖：（一般會選擇在模塊電源輸入端接入一顆220uF的電解電路對電源進行濾波處理，讓模塊供電電源電壓更加平穩(wěn)）圖3-4藍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，可能會損壞電源模塊或?qū)е孪到y(tǒng)異常運行;2、地：GDN接電源負極；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，當主機靜音時，輸出端口靜音輸出值較低;6、狀態(tài)連接指示燈:當其他藍牙設(shè)備未連接時，指示燈快速閃爍，當其他藍牙設(shè)備成功連接時，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?shù)碗娖紻C返回到保留輸入端口時，該保留端口就會關(guān)閉。當電平電流復(fù)位后，預(yù)留輸入端口的低電平電壓觸發(fā)自動啟動。3.4音頻輸出LM386功放電路LM386功放電路是放大藍牙接收板上的信號，由于接收到的信號較弱，只有毫伏級是無法驅(qū)動音頻發(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牙音頻接收模塊相連，這樣就會接收到來自手機的信號，并且是通過藍牙音頻已經(jīng)解調(diào)過的信號，該信號可以直接被LM386放大，進而驅(qū)動發(fā)聲。而該模塊的4管腳會與單片機端口相連，這樣可以通過單片機來控制該模塊，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4.1主程序流程圖 本文主要設(shè)計了一種基于單片機的無線藍牙耳機系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單片機Stm32單片機作為控制核心，通過無線通信模塊連接單片機和多通道傳感器進行傳輸和手機音頻數(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藍牙音頻控制流程LYYP藍牙音頻模塊是一款接收手機藍牙信息，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)開始首先會對此模塊初始化，然后判斷藍牙是否有數(shù)據(jù)傳輸，將接收到的信號通過解碼傳輸?shù)焦β史糯笊厦娼Y(jié)束。圖4-2藍牙音頻控制流程圖第五章：系統(tǒng)實物制作與調(diào)試5.1實物制作系統(tǒng)各個模塊焊接完畢之后。接下來對于各個模塊進行檢查測試，第一步通過肉眼光差焊接點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候出現(xiàn)模塊功能不正常等問題。對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。在對于本設(shè)計的電路檢測中，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于電路進行檢測。完成對于電路的初步檢測過后可以對設(shè)計進行上電測試，看各個模塊的電源電壓是否達到模塊需要的工作電壓，觀察各個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)計電路檢測完畢。（1）通過繪圖軟件將“無線藍牙耳機系統(tǒng)”的電路圖存入圖片中，以便日后再次焊接時可以根據(jù)圖紙進行布局和焊接。（2）“藍牙無線耳機系統(tǒng)”的軟件實現(xiàn)程序通過單片機的充電程序安裝在單片機上。（3）分析“無線藍牙耳機系統(tǒng)”的電路圖紙，然后準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、藍牙音響模塊、按鍵等。4)準備數(shù)字萬用表。數(shù)字萬用表可以用來評定焊絲和設(shè)備的方向。根據(jù)以上四點，完成的藍牙無線耳機系統(tǒng)物理框圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實物圖完成的無線藍牙耳機系統(tǒng)后，按照設(shè)計制作的流程，在進入到通電測試的環(huán)節(jié)之前，將準備好的數(shù)字萬用表取出，然后檢測的電路經(jīng)過檢測無線藍牙耳機系統(tǒng)的各個電路其測量焊接正確。5.2實物測試1、無線藍牙耳機系統(tǒng)初始化測試無線藍牙耳機系統(tǒng),接入一個供電的移動手機充電頭,5v的無線耳機系統(tǒng)啟動電源就會開始為系統(tǒng)提供供電,按下啟動式的電源開關(guān),無線藍牙耳機系統(tǒng)就會進行初始化操作,實物的初始化測試過程如圖5-2所示:圖5-2無線藍牙耳機系統(tǒng)初始化測試無線藍牙耳機系統(tǒng)初始化測試如圖5-2，按下電源開關(guān)后，無線藍牙耳機系統(tǒng)的LED電路第一個燈亮、LM386功放模塊紅色LED指示燈亮并響起提示音、單片機紅色LED指示燈亮起、同時，LYYP藍牙音頻模塊紅色LED指示持續(xù)閃爍說明等待與手機連接。無線藍牙耳機系統(tǒng)連接藍牙測試無線藍牙耳機系統(tǒng),接入一個供電的移動手機充電頭,5v的無線耳機系統(tǒng)啟動電源就會開始為系統(tǒng)提供供電,按下啟動式的電源開關(guān),LYYP藍牙音頻模塊LED指示燈持續(xù)閃爍，將手機打開藍牙搜索本系統(tǒng)名稱WIN668進行連接，無線藍牙耳機系統(tǒng)連接藍牙測試如圖5-3所示，連接成功后無線藍牙耳機系統(tǒng)LYYP藍牙音頻模塊LED指示燈由原來的持續(xù)閃爍轉(zhuǎn)化為常亮。圖5-3無線藍牙耳機系統(tǒng)連接藍牙測試3、無線藍牙耳機系統(tǒng)放音樂完成測試無線藍牙耳機系統(tǒng),接入一個供電的移動手機充電頭,5v的無線耳機系統(tǒng)啟動電源就會開始為系統(tǒng)提供供電,按下