【基于STM32单片机无线蓝牙耳机设计5400字（论文）】

基于STM32单片机无线蓝牙耳机设计TOC\o"1-3"\h\u第一章：绪论 第一章：绪论随着互联网行业以及通信技术的发展，人们已经迫切需要一种无线数据与语音通话相连接的技术，而蓝牙就正好满足了这个需求，它可以将有限范围内的数字设备与各种信息传输相建立起关系进行通信与链接非常的契合了该技术发展的需要。同时无线蓝牙耳机在人们的生活当中也有广泛的需求，例如听歌或者是在开车的时候都需要蓝牙耳机来接听，这些相比于有线耳机，能够给人们带来更多舒适闲暇的安静，时刻沉浸在自己的时时光里。随着蓝牙不断的优化与发展，现在单声道的蓝牙耳机成本已经降得很低，并且像一般主流的蓝牙耳机成本也在100多左右，所以对普通用户来说完全是可以接受的，因此在蓝牙耳机的使用上面有着广泛的需求，这是一个很庞大的市场，所以对无线蓝牙耳机的研究就有一定的意义。第二章：系统方案设计2.1功能要求无线蓝牙耳机设计系统中，实现的动能有几点：1.该系统可以播放手机音乐，手机必须连接到设备的蓝牙模块，然后手机才能播放音乐;2.单片机采集广告内部的声音信号，转换成数字信号，指示开、关不同的LED灯，达到不同高度的LED灯柱;3.通过电位器可以调节声音的音量，不同声级的对应显示不同，实现了声音与实际效果的对应。2.2设计方案本次系统以单片机为核心外围电路包含了LED指示灯、蓝牙音频输出、模块LM386音频放大路电路、预留窗口，系统程序框图如图2-1所示。蓝牙音频蓝牙音频音频输出单片机预留窗口口LM386图2-1基本工作原理图2.3模块方案选择1）单片机的选择具32微控制器，32位计算精度。与计算精度只有8位的51系列MCU相比，Stm32单片机具有更高的计算精度，这也意味着Stm32能够对数据的处理精度以及计算速度更高，但是由于Stm32具有先进的设计架构，因此Stm32在获得更高计算能力的同时，与51系列的单片机具有类似的功耗，因此在一些高端工业场景，如无人机控制系统、视频采集系统中，经常可以看到Stm32单片机的身影。Stm32单片机具有100路常用IO引脚，不同于51单片机的普通IO引脚，Stm32的这100路IO引脚可进行自由的定制，如可以在一路IO引脚上实现中断、串口、AD转换能相关能力的配置，因此具有更好的应用范围，可以满足更高的用户需求。在定时器方面，Stm32包含了四路72定时器，并且可以配置成上升沿、下降沿以及边沿输入捕获模式，该模式可以实现对外部信号的定时采样与频率检测功能。同时，Stm32还有4个串口插脚。这些串口引脚的传输速度范围可以从4800改变到115200，波特率范围比51系列微控制器更大。2）蓝牙音频选择选择LYYP蓝牙收发模块、蓝牙声音接收模块，用户可以通过模块内置的无线蓝牙接口连接智能手机、电脑等所有配置的蓝牙连接音频设备，实现无线传输。各种音频输出信号的传输和回放,还可以实现立体声音频输出，内置蓝牙音频天线简化结构，电源直流电压为3.7v~5v，可选择供电方式。电源直流电压3.7v~5v，可选择电源方式。可作为一般的功放、有源扬声器等，并增加了内置蓝牙音频接收卡的功能。h7针输出电源接口每孔2.54孔，每个7针输出电源接口为:输出电源，接地，左通道，右通道，静音，不同模式LED，预留输出端口。1个LED蓝牙状态接口，外接100欧姆电阻，串口连接LED蓝牙指示灯到地。当蓝牙连接未准备好时，快速闪烁;当蓝牙端口连接好时，快速慢闪。体积约为:30mm×20mm×3mm。3）功放模块选择LM386功放模块是一种常用的音频集成功放运算放大器。它是由美国半导体公司制造的。该模块具有明显的优势。首先，其自身功耗低，并且更新时间短，可以根据增益自动调节实现减少电压波动范围，以及失真小等一系列众多集成功率放大器不具备的特点。该模块在音频相关的领域用得十分广泛，比如收音机接收机等等其外部元器件较少，但是电压输出的增益可以高达20倍，其结构原理可以看到在一管脚和8管脚之间有相应的连接电阻与电容，可以实现输入电压值和增益范围，任意可调并且高达20倍以上。另外lm386也特别适用于虚电直流供应的场合，因为在6伏电源输入的情况下，它的实际功耗仅为24mw。第三章：系统硬件设计3.1单片机最小系统电路基于STM32单片机无线蓝牙耳机控制系统中，通过单片机最小驱动外部电路。完成的单片机接口电路如图3-1所示。STM32系列微处理器是一款32位、小格式的微控制器，支持实时数据模拟和自动跟踪，适用于意法半导体公司生产的arm7架构。由于本产品的系统硬件设计没有针对最低的硬件成本或较低的硬件功耗，所以选择了s软件控制电路芯片,在能够实现系统设计的主要功能的基础上，同时需要更多的通用控制接口和软件功能，使用户可以为每个控制电路设计和补充必要的辅助软件扩展。该自动控制系统芯片使学生在大学单片机电机技术课程的基础学习后，很容易上手。该技术在各种医疗器械中得到了广泛的应用，对课程作业、实验和研究应用具有良好的价值。图3-1STM32单片式主机核心板接口原理图本文采用Stm32单片机作为系统的核心控制器，Stm32采用了72MHz的工作频率，基准电压为5V。其中单片机的时钟频率在71MHz时能够到达最优性能，在72MHz以内，时钟频率越高，单片机的性能会明显提升，当超过72MHz时，单片机的性能基本保持不变。单片机的基准电压为5V，但是可以识别3~5V电压范围内的基准信号，当单片机的时钟信号低于5V时，性能会略微降低。本文设计了7805稳压电路来为单片机提供基准电压，时钟电路采用72MHz进行提供，外部电路的电压为12V，12V的外部工作电源通过7805转压芯片的处理后，可以给单片机提供比较稳定的5V工作电压。在复位电路方面，本文设计了上拉电阻来为单片机的复位引脚提供复位功能，当按键按下时，复位引脚与地相连，单片机检测到低电平后，自动进行复位。下图给出了本文设计的时钟和复位电路：图3-2时钟和复位电路3.2LED信号指示电路基于STM32单片机无线蓝牙耳机控制系统中，LED信号指示电路用来显示无线耳机当前的状态。其中一共有8个LED灯显示红色，指示电路如图3-3所示。LED都是通用式的灯光二极管,它即一种通用式的发光二极管,它主要用途是用于通用发光半导体中的发光光电二极管的一种,可以把光的全部电能转化成其他灯的光能。发光的导光电处理二极管与普通的导电光处理二极管一样的都说它是由一个单向具有P或PN极的导电结构所结合组成,也有的就是说它具有单向性的二极导电性。在各种闪光保护电路中,电阻的基本保护作用主要的就是用来控制电源限流,保护停在LED上的闪光灯。只要一个驱动单片机的两个电源引路控制器的引路三脚灯被自动拉低,则其中只有一个led电源指示灯亮,否则,LED电源指示灯不亮。通过发光二极管直接与单片机的PB管脚连接，实现单片机对其信号控制。其具体应用集成电路硬件工作结构原理及软件框图结构设计如电路图及软件下图所示。图3-3LED灯指示电路原理图3.3LYYP蓝牙音频接收板电路基于STM32单片机无线蓝牙耳机控制系统中，LYYP蓝牙音频接收电路用来与手机蓝牙连接。这样就可以将手机音频信号发送到无线耳机当中，电路如图3-4所示。蓝牙音频信号是直接通过蓝牙与单片机进行连接，所以在引脚上并不会与单片机连接，而蓝牙音频的引脚主要和输出运放以及功放电路板相连接。当中将左声道与lm386功放板连接在一起，作为lm386的音频输入端既要在输出的时候，lm386版会与单片机的PA领口相连接，这样就间接实现了单片机对音频信号的控制。系统接线图：（一般会选择在模块电源输入端接入一颗220uF的电解电路对电源进行滤波处理，让模块供电电源电压更加平稳）图3-4蓝牙音频接收板模块接线图端口说明：1、+5v稳压电源:将电源线接至正极，电压工作范围为4.2v~5v，确保电源在此电压范围内，若超过此电压范围，可能会损坏电源模块或导致系统异常运行;2、地：GDN接电源负极；3、左声道:连接到电源回放卡的左通道输入，或连接到耳机功放的左通道，建议将音频电容连接到通道输出端口的左侧。(取决于要适应声音功率再现的电容器的输入)。4、右声道:连接到功率放放盘正确通道的放放输入或耳机功率放大器的正确通道，建议将音频电容连接到设备输出端口的右边。通道(电容器，它必须根据视在功率的再生产进行调整，必须接通)馈电而不作决定);5、静音噪声输出输入端口:该输出端口噪声预置为静音高电平，将端口噪声预设为高电平静音，当主机静音时，输出端口静音输出值较低;6、状态连接指示灯:当其他蓝牙设备未连接时，指示灯快速闪烁，当其他蓝牙设备成功连接时，指示灯缓慢快速闪烁。7、预留输入输出端口:充电后的输入端口连续上下放电并拉至5v。当低电平DC返回到保留输入端口时，该保留端口就会关闭。当电平电流复位后，预留输入端口的低电平电压触发自动启动。3.4音频输出LM386功放电路LM386功放电路是放大蓝牙接收板上的信号，由于接收到的信号较弱，只有毫伏级是无法驱动音频发声，因此LM386功放电路是很必要的。LM386在使用上将它的三引角与蓝牙音频接收模块相连，这样就会接收到来自手机的信号，并且是通过蓝牙音频已经解调过的信号，该信号可以直接被LM386放大，进而驱动发声。而该模块的4管脚会与单片机端口相连，这样可以通过单片机来控制该模块，此外一管脚与二管脚分别是电源以及接地的管角，因此设计如下图所示：图3-5传感器接口电路原理图第四章：系统软件设计4.1主程序流程图 本文主要设计了一种基于单片机的无线蓝牙耳机系统。系统采用单片机Stm32单片机作为控制核心，通过无线通信模块连接单片机和多通道传感器进行传输和手机音频数据管理。系统的主程序流程如下所示：4-1系统主程序流程图4.2蓝牙音频控制流程LYYP蓝牙音频模块是一款接收手机蓝牙信息，在此基础上接收解码处理，发送到功率放大模块上面。系统开始首先会对此模块初始化，然后判断蓝牙是否有数据传输，将接收到的信号通过解码传输到功率放大上面结束。图4-2蓝牙音频控制流程图第五章：系统实物制作与调试5.1实物制作系统各个模块焊接完毕之后。接下来对于各个模块进行检查测试，第一步通过肉眼光差焊接点是否存漏焊或者虚焊等问题。如果存在漏焊或者虚焊等问题可能在后期烧入程序的时候出现模块功能不正常等问题。对于电路是否存在短路或者短路这方面的问题，肉眼可能无法识别出来，这些问题都是在焊接过程中极其容易出现的。一旦出现这些问题系统可能出现发热、无法正常工作等问题。在对于本设计的电路检测中，有些地方是无法用人眼判断出来的，可以通过使用万用表等辅助工具对于电路进行检测。完成对于电路的初步检测过后可以对设计进行上电测试，看各个模块的电源电压是否达到模块需要的工作电压，观察各个模块是否存在不通电等现象。待所有模块都检测过不存在不上电、发热等情况本设计电路检测完毕。（1）通过绘图软件将“无线蓝牙耳机系统”的电路图存入图片中，以便日后再次焊接时可以根据图纸进行布局和焊接。（2）“蓝牙无线耳机系统”的软件实现程序通过单片机的充电程序安装在单片机上。（3）分析“无线蓝牙耳机系统”的电路图纸，然后准备必要的焊锡电子元器件。拟生产的电子材料有:极电容、LED灯、三体、电阻器、STM32核心卡、LM386模块、蓝牙音响模块、按键等。4)准备数字万用表。数字万用表可以用来评定焊丝和设备的方向。根据以上四点，完成的蓝牙无线耳机系统物理框图如图5-1所示。图5-1系统实物图完成的无线蓝牙耳机系统后，按照设计制作的流程，在进入到通电测试的环节之前，将准备好的数字万用表取出，然后检测的电路经过检测无线蓝牙耳机系统的各个电路其测量焊接正确。5.2实物测试1、无线蓝牙耳机系统初始化测试无线蓝牙耳机系统,接入一个供电的移动手机充电头,5v的无线耳机系统启动电源就会开始为系统提供供电,按下启动式的电源开关,无线蓝牙耳机系统就会进行初始化操作,实物的初始化测试过程如图5-2所示:图5-2无线蓝牙耳机系统初始化测试无线蓝牙耳机系统初始化测试如图5-2，按下电源开关后，无线蓝牙耳机系统的LED电路第一个灯亮、LM386功放模块红色LED指示灯亮并响起提示音、单片机红色LED指示灯亮起、同时，LYYP蓝牙音频模块红色LED指示持续闪烁说明等待与手机连接。无线蓝牙耳机系统连接蓝牙测试无线蓝牙耳机系统,接入一个供电的移动手机充电头,5v的无线耳机系统启动电源就会开始为系统提供供电,按下启动式的电源开关,LYYP蓝牙音频模块LED指示灯持续闪烁，将手机打开蓝牙搜索本系统名称WIN668进行连接，无线蓝牙耳机系统连接蓝牙测试如图5-3所示，连接成功后无线蓝牙耳机系统LYYP蓝牙音频模块LED指示灯由原来的持续闪烁转化为常亮。图5-3无线蓝牙耳机系统连接蓝牙测试3、无线蓝牙耳机系统放音乐完成测试无线蓝牙耳机系统,接入一个供电的移动手机充电头,5v的无线耳机系统启动电源就会开始为系统提供供电,按下