关于手机音频通信实际开发经验分享

1、关于手机音频通信实际开发经验分享一、手机咅频通信的特点1、通用性强：在智能手机普及的今天，手机的对外通信接口多种多样，而其中以 3.5mm的音频接口通用新最强，基本所有的手机、平板电脑都会有这个接口，所以在一些 要求通用性的设备上，音频接口登上了舞台。2、速率低：由于手机音频部分的釆样频率一般为44.1khz （部分国产山寨为 8khz）,这极大的限制了咅频通讯的速率。我们都知道44.1 khz的采样频率，那么最高的 信号频率只能为20khz左右，而信号周期也不可能只有2个采样点，通常要到10个以上, 这样层层下來通讯速率可想而知。3、小信号：音频通信的信号都是毫伏级的，各个手机厂商略有不同，

2、但通常最大 不超过200mv,通常我们通信使用的信号强度也就100mv左右，这导致信号比较容易受干 扰，且在开发阶段对工具有着种种限制。二、手机音频通信分类1、无线方式：a）无线方式大家可能不太熟悉，容我慢慢道来。我们都知道人耳能听到的声音频率 为20hz20kh乙 而手机通信的信号频率最高也就20kh乙 所以无线通信方式是可行的。因为虽然人耳的极限听力能到20kh乙但普通人一般在19khz以上时基本就听不到了，所 以如果信号的强度比较弱，且控制在19khz到20khz之间，那么我们就可以将之当做是 “超声波”来看待了。b）其实在此提到手机音频通信的无线方式，算是给大家一种产品开发思路吧。它的

3、 通讯半径在10m左右，前景还是很广阔的，大家有兴趣的可以试试。（其实已经有这方面的 产品了）2、有线方式：a）有线方式分为单向（设备一手机）和双向两种，单向的限制少，开发难度也小一 些，但实际应用时会受限制。而双向通信限制多，开发难度也大一些，但实际应用时更方便 止匕ob）设备一手机：曼彻斯特编码；fsk； dtmf；自定义正弦波c）手机一设备：由于手机输出的音频信号很小，无法直接使用，要么用运放发大到 合适的范围，要么用电压比较器转换成ttl方波。三、手机音频通信硬件通信方式分类：手机音频通信的硬件通信方式大体可分为方波和正弦 波两种。1、方波：方波通常使用的是曼彻斯特编码方式（什么是曼彻

4、斯特编码自己去查）, 它的好处是可以用单片机直接输出方波，经过衰减后即可使用，方便简单。缺点是兼容性不 好，因为手机音频部分有这样一个特性，它只识别变化的电平信号，当麦克输入的信号长时 间保持在某一非零电平时，手机会将其视为零，而强行拉回零电位。这就是采用方波通讯方 式的兼容性不好的最大原因了，并且方波也容易受干扰。2、正眩波：正眩波不会出现上面所说的方波的问题，故正眩波的兼容性和稳定性 更好一些。通常采用方案有fsk、dtmf、信号发生器、或方波转正弦波等。（后面会对以 上方案逐一分析）3、通信信道分析a）我们知道音频接口有4根线，mic、地、左、右声道。设备一手机用mic,手机一设备用地、

5、左、右声道中的任意一个。这里说一下，实际产品中，有一些厂家会更换地线, 即将原本左、有声道中的一根改为地线來用，其实道理是一样的。因为音频通信的信号时交 流信号，而地其实也是悬浮地，即便地线换了，最终的波形还是一样的，因为最终手机解析 信号时需要的是频率和幅值。这样还剩下一个声道，通常被用来帮助设备进行上电识别，因 为咅频通信的设备通常都是电池供电的。b）另外还要在mic和地之间并联一个4.99k的电阻，因为手机是通过检测mic和地之间的阻抗是否为4.99k （也有其他阻值的）來判断是否有设备（耳机）插入，这一点要 谨记。四、各个通信方案对比分析1、设备一手机：a）曼彻斯特编码：在诸多通信方式

6、中，曼彻斯特编码是最灵活简便的一种方法，编 码信号可由单片机直接产生，经衰减电路衰减后便可直接使用。注意事项：曼彻斯特编码信 号的生成有两种方式，一种是用pwm生成，一种是用定时器屮断翻转io,我个人比较倾 向于定时器屮断方式。因为我们知道曼彻斯特编码中有宽沿河窄沿之分，且宽沿和窄沿可能 会灵活变化，而用pwm方式不容易精确控制宽沿、窄沿输出的变化，而定吋器中断方式则 非常灵活且容易控制。（后面会送上我自己写的曼彻斯特编码、解码函数）b）fsk、dtmf方式：fsk和dtmf两种方式大同小异，使用时通常都是用集成 的芯片来生成的，而这些芯片通常都是遵守固定的通信协议的的要求（fsk为bell2

7、02或 v.23协议，dtmf记不清名字了）。这两种通信方式的优点是采用正弦波通信、稳定性好且 使用简便。但由于固泄通信协议的限制导致通信速率、比特率也受到限制而缺乏灵活性。在 这里跟他家推荐一款英国的通信芯片cmx系列，这个系列的芯片融合的fsk、dtmf的编 码、解码，还是很不错的，大家有兴趣可以试试。（相关手册在附件里）c）信号发生器、锁相环方式：这种方式用信号发生器或者锁相环来产生方波或正玄 波，由单片机来控制波形的输出，也可以实现音频通信，且十分灵活。但缺点是电路较复杂, 且不同频率信号之i'可衔接不好掌握，用不好反而是麻烦。（相关手册在附件里）d）在这里送上一种我个人认为比

8、较好的方案：就是曼彻斯特编码加低通滤波器，由 单片机输出曼彻斯特编码，再经由低通滤波器将方波滤成正弦波后输出。既解决了 fsk、 dtmf灵活性的问题，又解决了曼彻斯特编码方波稳定性、通用性的问题。在低通滤波器方 面我个人采用的是“集成低通开关电容滤波器”，它成本虽然高一些，但好处也是明显的， 电路简单，使用方便，且占用的空i'可亦很小。（相关手册在附件里）2、手机一设备：a）放大电路方式：将手机输出信号经放大电路放大到合适的幅值，然后有锁相环或 者结成fsk、dtmf芯片进行解析。该屮方式难度最大，需要非常强的模拟电路功底，我 个人水平有限，故采用的另一种方式。b）电压比较器方式：将

9、手机输出的交流信号经电路强行拉到vcc/2级别，然后加到 电压比较器一端，另一段接比较电压vcc/2,这样交流信号即彼转化为ttl方波信号，此时 再进行解析就变得很简单了。五、研发注意事项（通讯方案分析部分rti于过长，放到最后来讲）1、一个好手机录音软件是必须的，最好能在手机上直接看到波形的。2、建议用笔记本电脑进行开发，而非台式机。因为咅频信号很小，容易受干扰， 而台式机干扰较大，笔记本还有一个好处是必要时可将外接电源拔掉，用电池供电。3、一个好录音笔必不可少，有时需要得到纯净的音频信号，方便更加准确的分析。4、做一个转接板，一边接音频母座，一边接音频公头，将mic、地、左、右声道 4跟线

10、用排阵引出，方便录音。5、做一个信号衰减电路，可将设备电路产生的信号衰减至咅频接口能承受的范围 内。前期调试时，我们可以用该电路将信号录进电脑进行信号分析。（推荐一个电脑音频信4.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.2&29.3().31.32.33.34.35.36.37.号分析软件：gold wave)6、录音用的音频线切记不要太长，不然会给你带来不少麻烦。最好自己做，用音频裸头、杜邦线、排阵即可制作，方便好用。曼彻斯特编码的编码解码函数如下:2. 注释：编码函数都是采用定时器屮断的形式，以曼彻斯特编码的窄沿作为定时器周期。3. 发送的数据包括1

11、个起始位、8个数据位、1个奇偶校验位、3个停止位。丄土丄丄丄土 丄“丄“丄丄“丄丄卜丄丄卜丄丄卜丄卜丄丄丄丄丄丄丄丄丄/7<tw <tw 7 叫.卜 #i> 7 <t> 7 叫.<tw <tw <t><t><t>#t%#t%#t%#t%#t%#t%#t%#t%#t%#77 彳.7 彳.7f5. static void vic_vect_fucton_00(void)/发送编码数据中断函数6. 7. timerois =0x0;&if(send_time%2=0)&&(send_start=1)

12、9. 10. switch(fsk_txstate)11. (12. case startbit:13. if(gpiodata&0x00000002)二二0x00000000)/ 如果检测到数据发送管脚为零14.send_time+;15.currentsym=o;fsk_txstate = byte;break;case byte:if(txbit < 8)cuitentsym = (send_byte » txbit) & 0x01;txbit+;txparity += currentsym;奇偶校验位else 讦(txbit = 8) cuitentsy

13、m = txparity & 0x01; 发送奇偶校验位txbit+;1else if(txbit>8 && txbit<12)/ next bit is the stop bitcurrentsym = 1;发送停止位txbit+；else if(txbit = 12) fsk_txstate = stopbit; break;case stopbit :txbit=0;fsk_txstate=idle; send_start=o;txparity=o; send_byte=o;break;if(lastsym! =currentsym)timerl_nu

14、m+； lastsym=currentsym;if(timerl_num%2=0)gpiodata&二 oxfffffffd;/输出管脚复位 elsegpiodata|=oxooooooq2;/ 输出管脚置位timerl_num+；/用来控制10 口的电平翻转 send_time+；/用來控制发送的字节的每一位 delay+;/delay就是延时函数注释：解码函数采用外部io中断形式（上升沿或下降沿中断，即电平电平跳变中断）, 用一个定时器作为时钟，每次产生中断时便从定时器见时间值収出，并和上一次的 记录做差求出时间间隔，以此來判断当前为宽沿还是窄沿。static void vic_v

15、ect_fucton_04(void)/接受解码数据中断函数gpioic|=oxooooooo 1;清楚上一次中断内容rx_timc 二 timer 1 value;if(rxasttimc>=rx_time)rx_diff=rxasttimerx_time;/lasttime 初始值为 0elserx_diff=65535-rx_time+rxasttime;rxasttime=rx_time;switch(rx.state)启动代码时state已经被配置为startbitcase startbit_fall:if (shortinterval<rx_diff) &&am

16、p; (rx_diff<longlnterval)83.84.if(rx_ones<5)/ones 初始值为 085.86.rx_ones = 0;87.88.else89.90.rx_state = decode;码91.92.93.else if(rx_diff< shortinterval)94.rx_ones+;95.else将状态配置为解96.rx_ones=0;97.98.99.100.break;case decode:/*诵讨间隔.长短来判宦数据* * * * * * * * * * * * * */讦(shortinterval<rx_diff) &a

17、mp;& (rx_diff<longinterval)/若间距在范围内则当前数据位值和前一个相反101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120cun*entbit=(currentbit+1)&0x01;rx_times+=2;else if( rx_diff< shortinterval)cuitentbit=currentbit;rx_times+;elserx_state = datainit;/*接受数据位，从低位接起* * * * */if(rx_times%2=0)if(rx_bitcounter<8)if (currentbit=l)uartbyterx = (uartbyterx » 1) + (1«7); rxparity+;奇偶校验位122.接受数据位数rx_bitcounter+；123.124.else125.126.uartbyterx = (uartbyterx » 1);127.rx_bitcounter+;128.129.130.else131.132.rx parity&=0x01;进行奇偶校验133.i f(rx pari ty=curren tbit)134.135.rx_bitcounter+