【《基于STM32单片机无线蓝牙耳机设计》6500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研究现状蓝牙技术首先是在1988年就提出了，因为蓝牙技术突破了无线传输的障碍，因此得到了广泛的推广。世界许多国家与工业厂商对此进行了研究，并且迅速成立了世界蓝牙组织，该组织推广出了首先第一套的蓝牙技术，并且如今已经发展成为了行业内的技术标准。例如IEEE的蓝牙标准化研究机构就端专门对这个问题进行了研究，包含中国蓝牙无线技术，国际金融以及未来技术发展的问题。那么什么是蓝牙技术呢？蓝牙就是通过取代了传统有线传输的方式实现无线传输的突破。该技术可以实现短距离的数据传输利用高频无线技术可以实现两个物体之间通过蓝牙的无线通信，主要采取的工作频波段是二点几赫兹的微波频段，实现无线数据以及数字语音的双向传输及传输的最快速率，高达10兆比特每秒，并且在其覆盖的范围内都可以实现各种信息化设备的资源传输共享，因此南亚技术的开发十分有潜力，它被运用到了各种无线设备当中，比如PAD、手机、电话等等上面。可以看到蓝牙技术在人们的生活当中已经起到了非常重要的作用，并且随着信息技术的发展，该技术很可能用在别的领域，比如汽车领域图像处理，以及家用电器等等上面。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功放模块是常用于音频集成功率运算放大器的一种，它是由美国半导体公司生产的该模块具有十分明显的优势，首先就是自身的功耗低，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。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。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3-6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）通过画图软件将“无线蓝牙耳机系统”电路图导出成图片，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。（3）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）准备数字万用表。通过数字万用表的仪表可以判断焊接的导线以及器件的方向识别。根据上述四点，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,按下启动式的电源开关,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