《基于STM32單片機無線藍牙耳機設(shè)計》6300字（論文）

STYLEREF"標(biāo)題1"第一章緒論第一章緒論基于STM32單片機無線藍牙耳機設(shè)計目錄第一章緒論 11.1研究背景 11.2研究現(xiàn)狀 11.3研究內(nèi)容 2第二章系統(tǒng)方案設(shè)計 32.1功能要求32.2設(shè)計方案32.3模塊方案選擇 32.3.1單片機的選擇 32.3.2藍牙音頻選擇 42.3.3功放模塊選擇 4第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 53.1單片機最小系統(tǒng)電路 53.2LED信號指示電路 63.3LYYP藍牙音頻接收板電路 73.4LM386功放 8第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 114.1主程序流程圖 114.2藍牙音頻控制流程 11第五章系統(tǒng)調(diào)試 135.1實物制作 135.2實物測試 13總結(jié) 15致謝 16參考文獻 17附錄 18第一章緒論1.1研究背景隨著互聯(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(dāng)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。1.2研究現(xiàn)狀藍牙技術(shù)首先是在1988年就提出了，因為藍牙技術(shù)突破了無線傳輸?shù)恼系K，因此得到了廣泛的推廣。世界許多國家與工業(yè)廠商對此進行了研究，并且迅速成立了世界藍牙組織，該組織推廣出了首先第一套的藍牙技術(shù)，并且如今已經(jīng)發(fā)展成為了行業(yè)內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準。例如IEEE的藍牙標(biāo)準化研究機構(gòu)就端專門對這個問題進行了研究，包含中國藍牙無線技術(shù)，國際金融以及未來技術(shù)發(fā)展的問題。那么什么是藍牙技術(shù)呢？藍牙就是通過取代了傳統(tǒng)有線傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)無線傳輸?shù)耐黄?。該技術(shù)可以實現(xiàn)短距離的數(shù)據(jù)傳輸利用高頻無線技術(shù)可以實現(xiàn)兩個物體之間通過藍牙的無線通信，主要采取的工作頻波段是二點幾赫茲的微波頻段，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)以及數(shù)字語音的雙向傳輸及傳輸?shù)淖羁焖俾剩哌_10兆比特每秒，并且在其覆蓋的范圍內(nèi)都可以實現(xiàn)各種信息化設(shè)備的資源傳輸共享，因此南亞技術(shù)的開發(fā)十分有潛力，它被運用到了各種無線設(shè)備當(dāng)中，比如PAD、手機、電話等等上面?？梢钥吹剿{牙技術(shù)在人們的生活當(dāng)中已經(jīng)起到了非常重要的作用，并且隨著信息技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)很可能用在別的領(lǐng)域，比如汽車領(lǐng)域圖像處理，以及家用電器等等上面。1.3研究內(nèi)容本次設(shè)計是以stm32單片機為核心設(shè)計的一款無線藍牙耳機，它由藍牙音頻模塊、語音輸出，以及l(fā)m386功率放大組成。藍牙音頻實現(xiàn)與手機藍牙相連接可以接收到手機發(fā)送的音頻信息，通過音頻模塊進行解碼處理，進而通過功率放大器，將音頻信號輸送出來。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：本系統(tǒng)可以播放手機中音樂，手機需要連接設(shè)備上的藍牙模塊，然后手機播放音樂即可；通過單片機芯片內(nèi)部ad對音頻信號的采集，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后驅(qū)動不同的led燈亮滅，達到高低不同的led燈柱；聲音大小可以通過電位器調(diào)節(jié)，不同聲音大小對應(yīng)的顯示及pwm驅(qū)動不同，從而實現(xiàn)音頻與現(xiàn)實效果對應(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2.3.1單片機的選擇具有32位計算精度的Stm32單片機。相比51系列單片機只具有8位的計算精度，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也具有4路串口引腳，這些串口引腳的波特率范圍可以從4800~115200等范圍內(nèi)變化，相比51系列的單片機具有更高的波特率范圍。2.3.2藍牙音頻選擇選擇LYYP藍牙收發(fā)模塊，藍牙藍牙音頻電源接收板藍牙模塊用戶可以通過模塊內(nèi)置無線藍牙接口連接智能手機、電腦等以上配置的所有具備藍牙連接功能的音頻設(shè)備,實現(xiàn)各種音頻輸出信號的無線傳輸播放,其中還可以實現(xiàn)立體聲音頻輸出,內(nèi)置藍牙音頻天線使其結(jié)構(gòu)簡單,供電直流電壓為3.7v~5v具有供電方式選擇,可作為普通音頻功放、有源音箱等并增加內(nèi)置藍牙音頻接收板功能。7PIN各個輸出電源接口為每孔間距2.54通孔,7PIN各個輸出電源接口分別為:+輸出電源、地、左聲道、右聲道、靜音、LED各種狀態(tài)語音指示、預(yù)留輸出端口。其中一個LED藍牙狀態(tài)端口,外接一個100歐姆的電阻并在串聯(lián)后將led藍牙指示燈連接到地,藍牙未完成聯(lián)接時為快閃,藍牙端口連接成功后為慢速快閃。體積大約為:30mmx20mmx3mm。2.3.3功放模塊選擇LM386功放模塊是常用于音頻集成功率運算放大器的一種，它是由美國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的該模塊具有十分明顯的優(yōu)勢，首先就是自身的功耗低，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系列的微處理器，它是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于arm7架構(gòu)的32位、支持實時數(shù)據(jù)仿真和自動跟蹤的小型微控制器。選擇此款軟件控制電路芯片是因為本產(chǎn)品系統(tǒng)硬件設(shè)計目的并非為了追求硬件成本的最低或更小的硬件功耗,而是在能夠?qū)崿F(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計主要功能的基本前提下要求能夠同時提供更豐富的控制接口和軟件功能以便于用戶設(shè)計完成實驗管理系統(tǒng)各功能實驗應(yīng)用項目所必必需的外圍軟件擴展控制電路。此款自動控制系統(tǒng)芯片在學(xué)生完成大學(xué)單片式電機技術(shù)課程的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)后使其上手較為容易,在各類醫(yī)療器械中技術(shù)應(yīng)用廣泛,具有很好的課程學(xué)習(xí)、實驗以及研究應(yīng)用價值。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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(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:接電源線的正極,電壓工作范圍4.2v~5v,請務(wù)必確保電源供電在此電壓范圍內(nèi),超這個電壓范圍的話可能還會損壞電源模塊,或者從而導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常;2、地：GDN接電源負極；3、左聲道:如果接功率播放板上的左聲道發(fā)出輸入,或者是接耳機的功放左聲道,建議在該聲道輸出口的端口左側(cè)接入一個音頻電容(根據(jù)視功率播放所需要匹配的電容輸入而不決定);4、右聲道:如果接功率播放板上的右聲道播出輸入,或者是接耳機的功放右聲道,建議在該聲道輸出口的端口右側(cè)接入一個音頻電容(根據(jù)視功率播放所需要匹配的電容輸入而不決定);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,當(dāng)主機靜音時該輸出端口靜音輸出值為低電平;6、狀態(tài)連接指示燈:通常當(dāng)其他藍牙未完成連接時,該指示燈快閃,一旦其他藍牙設(shè)備連接成功則該燈變?yōu)槁倏扉W;7、預(yù)留一個輸入輸出端口:該一個預(yù)留輸入端口已經(jīng)不斷上下下放電拉到5v,當(dāng)該一個預(yù)留端口再次給一個預(yù)留輸入端口低電平直流電壓復(fù)位觸發(fā)后關(guān)機,當(dāng)再次給該一個預(yù)留輸入端口一個低于的輸入水平電壓觸發(fā)水平電流復(fù)位后自動開機。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3-6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)計一款基于單片機的無線藍牙耳機系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Stm32單片機為控制核心，通過無線通信模塊來與單片機和多路傳感器進行聯(lián)動，從而實現(xiàn)手機音頻數(shù)據(jù)的傳輸與控制，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）通過畫圖軟件將“無線藍牙耳機系統(tǒng)”電路圖導(dǎo)出成圖片，以便后期再焊接時，可以根據(jù)圖紙進行實物的布板與實物的焊接。

（2）通過單片機下載器，將“無線藍牙耳機系統(tǒng)”軟件可執(zhí)行程序安裝到單片機芯片內(nèi)。（3）分析“無線藍牙耳機系統(tǒng)”電路圖紙，然后將所需的焊接電子元器件準備好。需要準備的電子材料有：極性電容、LED燈、三極管、電阻、STM32核心板、LM386模塊、藍牙音頻模塊、按鍵等。

（4）準備數(shù)字萬用表。通過數(shù)字萬用表的儀表可以判斷焊接的導(dǎo)線以及器件的方向識別。根據(jù)上述四點，完成的無線藍牙耳機系統(tǒng)實物圖如圖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,按下啟動式的電源開關(guān),無線藍牙耳機系統(tǒng)初始化工作后與手機連接，然后打開手機APP播放音樂，音樂從L