【《基于STM32单片机无线蓝牙耳机结构系统设计》7300字（论文）】

目录STYLEREF"标题1"第一章绪论基于STM32单片机无线蓝牙耳机结构系统设计摘要无线蓝牙耳机系统实现了手机与耳机的连接，通过蓝牙可以将手机的音频信号传送给蓝牙耳机进行播放。本次设计采用的是stm32单片机来作为主控芯片，通过LED信号指示电路、LYYP蓝牙音频接收电路以及lm386功放电路实现的整个硬件设计系统。当单片机与手机连接成功时，会通过LED显示电路显示出来，蓝牙音频接收电路是接收到手机传给单片机的音频信号，通过lm386功放电路将其放大并且播放出来。结合C语言编程对主程序以及蓝牙音频控制系统进行了程序编写，最后实现了整个工作流程。关键词：蓝牙；单片机；音频目录第一章绪论 第一章绪论1.1研究背景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。1.2研究现状从1998年提出蓝牙技术以来，蓝牙技术的发展异常迅速。蓝牙Bluetooth得到了全世界越来越多工业界生产厂家和研究机构的广泛关注。成立了世界蓝牙组织BluetoothSIG，采用技术标准公开的策略来推广蓝牙技术，现已发展成一个相当大的工业界高新技术标准化组织，世界上一些权威的标准化组织，也都在关注蓝牙技术标准的制定和发展。例如，IEEE的蓝牙标准化研究机构,也已经正式成立了802.15工作组,专门负责关注研究有关中国蓝牙无线技术标准的国际兼容和未来的技术发展等相关问题。蓝牙是用于取代传统数据传输电缆的一种短距离高频无线通信传输技术,可以同时支持一个物体与其他物体之间的无线通信,工作微波频段蓝牙是面向全球开放的2.4ghz微波频段,可以同时直接进行无线数据和数字语音信息传输,传输速率可达到10Mbit/s，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。蓝牙技术的应用被认为非常广泛而且极具潜力。它可以应用于无线设备（如PDA、手机、智能电话、无绳电话）、图像处理设备（照相机、打印机、扫描仪）、安全产品（智能卡、身份识别、票据管理、安全检查）、消费娱乐（耳机、MP3、游戏）、汽车产品（GPS、ABS、动力系统、安全气袋）、家用电器（电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机）、医疗以及健身、建筑、玩具等领域。1.3研究内容本次设计是以stm32单片机为核心设计的一款无线蓝牙耳机，它由蓝牙音频模块、语音输出，以及lm386功率放大组成。蓝牙音频实现与手机蓝牙相连接可以接收到手机发送的音频信息，通过音频模块进行解码处理，进而通过功率放大器，将音频信号输送出来。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：本系统可以播放手机中音乐，手机需要连接设备上的蓝牙模块，然后手机播放音乐即可；通过单片机芯片内部ad对音频信号的采集，转换为数字信号，然后驱动不同的led灯亮灭，达到高低不同的led灯柱；声音大小可以通过电位器调节，不同声音大小对应的显示及pwm驱动不同，从而实现音频与现实效果对应。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2.3.1单片机的选择具有32位计算精度的Stm32单片机。相比51系列单片机只具有8位的计算精度，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也具有4路串口引脚，这些串口引脚的波特率范围可以从4800~115200等范围内变化，相比51系列的单片机具有更高的波特率范围。2.3.2蓝牙音频选择选择LYYP蓝牙收发模块，蓝牙蓝牙音频电源接收板蓝牙模块用户可以通过模块内置无线蓝牙接口连接智能手机、电脑等以上配置的所有具备蓝牙连接功能的音频设备,实现各种音频输出信号的无线传输播放,其中还可以实现立体声音频输出,内置蓝牙音频天线使其结构简单,供电直流电压为3.7v~5v具有供电方式选择,可作为普通音频功放、有源音箱等并增加内置蓝牙音频接收板功能。7PIN各个输出电源接口为每孔间距2.54通孔,7PIN各个输出电源接口分别为:+输出电源、地、左声道、右声道、静音、LED各种状态语音指示、预留输出端口。其中一个LED蓝牙状态端口,外接一个100欧姆的电阻并在串联后将led蓝牙指示灯连接到地,蓝牙未完成联接时为快闪,蓝牙端口连接成功后为慢速快闪。体积大约为:30mmx20mmx3mm。2.3.3功放模块选择LM386是美国国家半导体公司公司生产的通用音频集成功率信号放大器,是一种通用音频集成功率播放,具有自身音频功耗低、更新时间内链宽和增益频率可自动调整、电源输出电压波动范围大、外接谐波元件少和总线的谐波功率失真小等多大优点的集成功率音频放大器,广泛应用于音频录音机和音频收音机之中。为了能使外围电路元件最少,电压输出增益可以内置为20。但在1脚和8脚之间只需增加一只外部连接输出电阻和输入电容,便立即可将输入电压值和增益范围调为任意的数值,直至200。输入输出端以电压地位作为参考,同时电源输出输入端被自动偏置至达到所有电源输出电压的一半,在6v时的电源输出电压下,它的实际静态输出功耗仅大约为24mw,使得M/LM386特别适用于由蓄电池直流供电的应用场合。

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系列的微处理器，它是意法半导体ST公司生产的一种基于arm7架构的32位、支持实时数据仿真和自动跟踪的小型微控制器。选择此款软件控制电路芯片是因为本产品系统硬件设计目的并非为了追求硬件成本的最低或更小的硬件功耗,而是在能够实现本系统设计主要功能的基本前提下要求能够同时提供更丰富的控制接口和软件功能以便于用户设计完成实验管理系统各功能实验应用项目所必必需的外围软件扩展控制电路。此款自动控制系统芯片在学生完成大学单片式电机技术课程的基础学习后使其上手较为容易,在各类医疗器械中技术应用广泛,具有很好的课程学习、实验以及研究应用价值。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。注意灯的颜色或者数量可变。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:接电源线的正极,电压工作范围4.2v~5v,请务必确保电源供电在此电压范围内,超这个电压范围的话可能还会损坏电源模块,或者从而导致系统工作不正常;2、地：GDN接电源负极；3、左声道:如果接功率播放板上的左声道发出输入,或者是接耳机的功放左声道,建议在该声道输出口的端口左侧接入一个音频电容(根据视功率播放所需要匹配的电容输入而不决定);4、右声道:如果接功率播放板上的右声道播出输入,或者是接耳机的功放右声道,建议在该声道输出口的端口右侧接入一个音频电容(根据视功率播放所需要匹配的电容输入而不决定);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,当主机静音时该输出端口静音输出值为低电平;6、状态连接指示灯:通常当其他蓝牙未完成连接时,该指示灯快闪,一旦其他蓝牙设备连接成功则该灯变为慢速快闪;7、预留一个输入输出端口:该一个预留输入端口已经不断上下下放电拉到5v,当该一个预留端口再次给一个预留输入端口低电平直流电压复位触发后关机,当再次给该一个预留输入端口一个低于的输入水平电压触发水平电流复位后自动开机。注意：从蓝牙音频接口模块连接到移动电源或者连接到其他音频接口,请不要采用直线焊接的操作方式,不要完全采用直接插线的操作方式,接触面上电阻压的比较小很大会容易引入音频噪声。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是美国国家半导体公司公司生产的通用音频集成功率信号放大器,是一种通用音频集成功率播放,具有自身音频功耗低、更新时间内链宽和增益频率可自动调整、电源输出电压波动范围大、外接谐波元件少和总线的谐波功率失真小等多大优点的集成功率音频放大器,广泛应用于音频录音机和音频收音机之中。三、模块接口原理图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3-6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 本文主要设计一款基于单片机的无线蓝牙耳机系统，该系统以Stm32单片机为控制核心，通过无线通信模块来与单片机和多路传感器进行联动，从而实现手机音频数据的传输与控制，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实物制作无线蓝牙耳机系统，在进行系统实物制作时要特别注意焊接的质量，以及系统的设计布局。完成系统的实物，就是为了检验前面设计的电路原理图、系统的软件程序是否正确，如果因为完成无线蓝牙耳机系统的焊接质量不可靠，导致实物的功能达不到设计的要求，这将严重影响实物电路板的性能。相反，如果合理的布局，严格按照设计实物的焊接流程，那么设计完成的无线蓝牙耳机系统实物将会达到设计的要求，这才是保证系统调试程成功的前提。为此，针对无线蓝牙耳机系统设计的实物中，有关的设计流程要求如下：

（1）通过Protel画图软件将“无线蓝牙耳机系统”电路图导出成图片并打印，以便后期再焊接时，可以根据图纸进行实物的布板与实物的焊接。

（2）通过单片机下载器，将“无线蓝牙耳机系统”软件可执行程序安装到单片机芯片内。分析“无线蓝牙耳机系统”电路图纸，然后将所需的焊接电子元器件准备好。需要准备的电子材料有：极性电容、LED灯、三极管、电阻、STM32核心板、LM386模块、蓝牙音频模块、按键等。

（4）准备所需要的数字万用表。通过该仪表可以判断焊接的导线以及器件的方向识别。

根据以上几点，完成的无线蓝牙耳机系统实物图如图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,接入供电的手机充电头，5V的系统电源开始给系统供电，按下启动电源开关，无线蓝牙耳机系统初始化工作，实物初始化测试如图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,接入供电的手机充电头，5V的系统电源开始给系统供电，按下启动电源开关，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,接入供电的手机充电头，5V的系统电源开始给系统供电，按下启动电源开关，无线蓝牙耳机系统初始化工作后与手机连接，然后打开手机APP播放音乐，音乐从LM386功放模块发出，其中声音大小可以通过LM386功放模块里的电位器RP1改变大小，同时无线蓝牙耳机系统中LED电路通过单片机对音频信号的采集，转换为数字信号，然后驱动不同的led灯亮灭，达到高低不同的led灯柱如图5-4所示；音乐播放完，切断电源。图5-4音乐播放展示图

总结这次的大学毕业设计,让我在工作中收获了许多,成长了许多,虽然也吃了一些小苦头,但是我从中学习到了很多知识。在毕业设计和撰写论文时遇到很多问题,说明我对于以前所学的基础知识掌握得不够好,有些基础知识还是不能熟练灵活地应用到实际工作中来,这次毕业设计使我又再一次重新掌握了一遍很多的知识,真正做到了温故而知新。蓝牙技术的应用推广也对于信息家电数字化发展具有着非常重要的意义。信息家电最主要的特点之一就是数字化可通过网络双向传播。因此它就是网络上的家电,而不是pc的外设。所以蓝牙设备将会在现代人们日常生活和工作中发挥着重要角色,也会成为未来投资热点。

参考文献[1]刘书生，赵海·蓝牙技术与应用[M]·沈阳：东北大学出版社，2001.11[2]金纯，许光辰，孙睿·蓝牙技术（第一版）[M]·北京：电子工业出版社，2001[3]钱志鸿，杨帆，周求湛·蓝牙技术原理、开发与应用[M]·北京：北京航空航天大学出版社，2006.3·P56-89[4]马建仓·蓝牙核心技术与应用[M]·北京：科学出版社，2003[5]禹帆·蓝牙技术[M]·北京：清华大学出版社，2002·P104-156[6]李航，张瑞令·蓝牙技术应用－语音数据网关[J]·无线电工程，2001.4[7]朱刚，谈振辉，周贤伟·蓝牙技术原理与协议[M]·北京：北方交通大学出版社，2002.8·P112-132[8]汤琳，阮帮秋·蓝牙服务发现协议（SDP）的实现[J]·RadioEngineering，2002[9]/item/蓝牙/102670?fr=kg_general；[10]/item/蓝牙耳机/1720147?ivk_sa=1022817p；[11]/item/STM32F103C8T6/9914621?ivk_sa=1022817p[12]/item/lm386/375660?ivk_sa=1022817p；

附录

主程序#include"led.h"#include"delay.h"#include"sys.h"#include"usart.h"#include<stdio.h>#include"timer.h"#include"key.h"#include"adc.h"#include"myled.h"chardis0[17];//暂存数组unsignedchari;unsignedintadcx; //ad转换结果unsignedintyinPinVal=0;//音频转化值unsignedchardisFlag=0;//更新显示标志unsignedcharpwmFan=3;//风扇转动pwm值intmain(void){ delay_init(); //延时函数初始化 uart_init(9600); //串口初始化为115200// uart2_init(9600) ;TIM3_Int_Init(9,7199);//50ms MyLED_Init();// LED_init(); //初始码优化一个和新的led_i连接的虚拟硬件通道接口 KEY_Init(); Adc_Init();//初始化AD转换 LED1=0;LED2=0;LED3=0;LED4=0;LED5=0;LED6=0;LED7=0;LED8=0; delay_ms(100); LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;LED5=1;LED6=1;LED7=1;LED8=1; while(1) { adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,5);//PA0AD转换 if(adcx>1550){//对应ad采集值 LED1=0;//打开对应灯 pwmFan=3;//设置pwm } else{ LED1=1;//关闭对应灯