辛娟 周龍武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院

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基于AU6860C的多功能藍(lán)牙音箱

辛娟 周龍
武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院

摘要：文章系統(tǒng)地介紹了AU6860C的基本原理，簡(jiǎn)單介紹了藍(lán)牙的基本概念，詳細(xì)說(shuō)明了多應(yīng)用藍(lán)牙音箱的設(shè)計(jì)方法。能夠在有效距離范圍內(nèi)，與待連接設(shè)備迅速建立連接、控制以及通信，使用簡(jiǎn)單、便捷、有效，且具有極高的可靠性。

關(guān)鍵字：藍(lán)牙 AU6860C 藍(lán)牙音箱

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m 內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)，具有安全性高和受干擾性小的特點(diǎn)。能在眾多固定和可移動(dòng)設(shè)備間進(jìn)行無(wú)線信息交換。藍(lán)牙技術(shù)清除了數(shù)據(jù)線的束縛，有效簡(jiǎn)化了移動(dòng)通信終端設(shè)備間和設(shè)備與Internet間的通信，從而使數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定和安全。

1　藍(lán)牙音箱的特點(diǎn)

藍(lán)牙音箱有其獨(dú)特的特點(diǎn)：1）應(yīng)用廣泛。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)格全球統(tǒng)一，移動(dòng)電話、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、汽車、醫(yī)療設(shè)備等眾多設(shè)備，只要擁有藍(lán)牙適配器，就能輕松連接藍(lán)牙設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或語(yǔ)音通信。2）操作簡(jiǎn)便。藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)即時(shí)技術(shù)，它不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施，且易于安裝和設(shè)置，無(wú)需電纜即可實(shí)現(xiàn)連接，只需簡(jiǎn)單完成配對(duì)就可投入使用，操作門檻較低。3）傳輸速度較快。相比于紅外等其他方式，藍(lán)牙傳輸協(xié)議在速度上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，藍(lán)牙4.0理論最高速度達(dá)到24Mbps，更快的速度可以保證更高的音質(zhì)，使其有足夠的能力承載碼率更高的音樂(lè)。4_傳輸距離適中和兼容性。藍(lán)牙傳輸距離一般在10m 以內(nèi)，并可隔墻傳輸數(shù)據(jù)，使用方便。且基本百分百兼容支持現(xiàn)有藍(lán)牙設(shè)備。由于藍(lán)牙傳輸協(xié)議和其他2.4G設(shè)備一樣，共用這一頻段信號(hào)，難免導(dǎo)致信號(hào)互相干擾的情況出現(xiàn)。

2　AU6860C藍(lán)牙音箱設(shè)計(jì)的構(gòu)成

AU6860C是多應(yīng)用、高性能音頻SOC 芯片，片上系統(tǒng)基于高性能增強(qiáng)型51 MCU 運(yùn)行。

2.1 AU6860C系統(tǒng)配置說(shuō)明

本設(shè)計(jì)方案采用的主控芯片AU6860C系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，AU6860C內(nèi)含5組GPIO，集成上下拉電阻，直推LED 斷碼屏、LED 燈、LED 背光燈，大多具有各種復(fù)用功能；芯片供電模塊采用寬系統(tǒng)電源輸入3.35～5.5V ；兩種UART ，一種是8051內(nèi)核的UART，另一種是高速UART（最高支持57600bps波特率）；內(nèi)置5路6Bit 精度SAR AD 模塊，外置有2路GPIO口用于ADC功能，可應(yīng)用在ADC按鍵、頻譜采集、電池低壓檢測(cè)等；其提供14個(gè)段碼LCD IO口；采用的OTG技術(shù)，在沒(méi)有Host 的情況下，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送；SD接口可支持SD/MMC/TF 卡，串行外設(shè)接口總線系統(tǒng)，是一種同步串行外設(shè)接口，可使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信，以交換信息，為使用者的外圍擴(kuò)展提供了靈活的選擇；FM模式、LINE-IN 模式下分頻減低電磁干擾；集成的RTC 硬件單元可為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘、鬧鐘和休眠模式下的喚醒功能；共有3個(gè)IO口具有PWM輸出功能，寬頻率范圍選擇、占空比可配置驅(qū)動(dòng)強(qiáng)，可應(yīng)用于按鍵BP聲、LED 呼吸效果等；芯片內(nèi)部集成了紅外信號(hào)硬件解碼器，支持NEC通訊協(xié)議，并支持從SLEEP 模式下喚醒系統(tǒng)功能；NVM非易失存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間為79Byte ，支持多設(shè)備掉電記憶等。

2.2 軟件流程

本系統(tǒng)利用AU6860C作為MCU，在主函數(shù)中，進(jìn)行了相應(yīng)的初始化設(shè)置之后，利用一個(gè)while循環(huán)，獲取按鍵信息并獲取各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)控制，各功能模塊控制依次按順序結(jié)構(gòu)依次執(zhí)行，各功能模塊內(nèi)部多數(shù)采用狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，各功能模塊間采用消息傳遞和少量全局變量機(jī)制。

3　多功能藍(lán)牙音箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 MCU主控AU6860C

此次設(shè)計(jì)將GPIO-A （簡(jiǎn)寫為 A1）設(shè)置為 LED指示燈接口，通過(guò)控制該狀態(tài)燈的閃爍規(guī)律，獲知此藍(lán)牙音箱處于什么模式，A2為SD卡的檢測(cè)，A3、A4、A5為SD卡的總線設(shè)置，A6、A7作為FM通道；B0、B1、B2為SPI總線設(shè)置接口，B3為SPI片選，B4為音量加/下一曲，B5為音量減/上一曲，B6為播放/暫停鍵，C1是靜音鍵接口，且低電平有效；D0、D1分別為收音機(jī)的SCL 和SDA，D6、D7分別為L(zhǎng)ED2 、LED1 ；E0為藍(lán)牙開(kāi)關(guān)機(jī)控制，E1為L(zhǎng)INE-IN 檢測(cè)，E2為按鍵接口，E3為電壓檢測(cè)。

3.2 按鍵模塊

按鍵模塊中，利用每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)串聯(lián)的電阻值各不相同的原理，在按鍵按下時(shí)，將檢測(cè)到的電壓值傳送給MCU，MCU通過(guò)該值判斷按下的對(duì)應(yīng)按鍵，從而執(zhí)行與之相對(duì)應(yīng)的操作。

3.3 插卡模塊

插卡模塊是該設(shè)計(jì)的核心模塊，包括USB、TF/SD 卡等。在插入存儲(chǔ)有音樂(lè)文件的設(shè)備后，該設(shè)計(jì)便可通過(guò)其檢測(cè)引腳，獲取檢測(cè)設(shè)備的插入信號(hào)，讀取該設(shè)備，自動(dòng)播放能夠識(shí)別的音樂(lè)文件。該模塊從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入空閑狀態(tài)后，可關(guān)閉時(shí)鐘輸出，降低對(duì)FM模式的干擾，避免假臺(tái)增多和收音效果不好等后果。此外，本設(shè)計(jì)還支持USB 聲卡和USB 讀卡器，支持?jǐn)?shù)據(jù)的讀取和寫入。

3.4 FM模塊

QN8035是一枚高性能、全功能的低功耗數(shù)字調(diào)頻接收單芯片。其集成了完整的FM接收、自動(dòng)搜索和空臺(tái)掃描等功能。QN8035體積小，所需外部元件數(shù)量少，且支持多個(gè)時(shí)鐘頻率，可靠性高，便于被集成到多種小型低功耗便攜式應(yīng)用中。系統(tǒng)切換至收音機(jī)模式時(shí)，電源端口為QN8035模塊供電，接收到的信號(hào)直接傳遞給DAC通道輸出。

3.5 LINE-IN 模塊

LINE-IN 模塊顧名思義為線路輸入，在檢測(cè)到LINE-IN 的接入后，可采集其他音頻設(shè)備（電腦或者手機(jī)等）的音頻信號(hào)。

3.6 電源模塊

電源模塊采用的TP4054，是一款完整的單節(jié)鋰離子電池，其適用于USB 電源和適配器電源工作。其充電電壓固定于4.2V，充電電流可通過(guò)電阻器進(jìn)行外部設(shè)置，可達(dá)500mA。當(dāng)充電電流在達(dá)到最終浮充電壓之后降至設(shè)定值1/10 時(shí)，TP4054將自動(dòng)終止充電循環(huán)。當(dāng)輸入電壓被拿掉時(shí)，其進(jìn)入低電流狀態(tài)，將電池漏電流降至2μA 以下。其較少的外部元件數(shù)目使得TP4054成為便攜式應(yīng)用的理想選擇。而藍(lán)牙模塊采用HP5013 LDO穩(wěn)壓器，具有低輸出噪音、高紋波抑制比、低壓差和出色的瞬間響應(yīng)能力，輸出穩(wěn)定性高、成本低，適用于多種移動(dòng)設(shè)備。且CE功能允許調(diào)節(jié)器的輸出被關(guān)閉，當(dāng)系統(tǒng)切換至其他模式后，MCU的E0引腳可將該位進(jìn)行清零設(shè)置，關(guān)閉CE，降低系統(tǒng)的功耗。AU6860C芯片本身內(nèi)置LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器），支持正常工作電壓范圍為3.35～5.5V。且當(dāng)LDO輸入端輸入電壓為5V時(shí)，LDO最大輸出電流僅為150mA，功耗相對(duì)很低。AU6860C提供分頻模式，內(nèi)部MCU可以降低工作頻率，分頻工作模式下，結(jié)合關(guān)閉不使用的功能模塊，可以有效地降低系統(tǒng)功耗和EMI，同時(shí)人機(jī)接口的功能（如按鍵、顯示）仍然正常工作。在進(jìn)入POWERDOWN 模式后，RTC不工作，保持NVM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記憶，存儲(chǔ)斷點(diǎn)播放信息，芯片電源輸入端消耗的電流＜ 10μA。

3.7 DAC及功放模塊

MCU的DAC_L和DAC_R分別外接兩個(gè)電容對(duì)DAC內(nèi)部電路提供參考電壓，兩個(gè)電容應(yīng)盡可能靠近MCU，并使用模擬地包裹兩根音頻信號(hào)線，以避免音頻模擬信號(hào)受到外圍信號(hào)干擾，本設(shè)計(jì)采用的功放為HT6871，如圖10所示，此款功放內(nèi)部集成免濾波器數(shù)字調(diào)制技術(shù)，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，并最大程度減小脈沖輸出信號(hào)的失真和噪音。HT6871內(nèi)置的關(guān)斷功能使待機(jī)電流最小化，還集成了輸出端過(guò)流保護(hù)、片內(nèi)過(guò)溫保護(hù)和電源欠壓異常保護(hù)等功能，輸出無(wú)需濾波網(wǎng)絡(luò)，僅需要極少的外部元器件，在節(jié)省系統(tǒng)空間的同時(shí)也降低了成本，是便攜式應(yīng)用的不二選擇。

3.8 藍(lán)牙模塊

在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)MCU對(duì)藍(lán)牙模塊的芯片中的state 引腳、電源引腳、多功能引腳以及按鍵控制引腳的對(duì)應(yīng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)牙的控制。支持帶有藍(lán)牙功能的各種移動(dòng)終端，手機(jī)、電腦等輕松無(wú)線連接，有效距離可達(dá)10m ，且兼容性好，具有良好的穩(wěn)定性。藍(lán)牙模塊的引入大大增加了音箱的實(shí)用性與多樣性。首先，其優(yōu)化了用戶的體驗(yàn)快感。當(dāng)音箱切換到藍(lán)牙模式時(shí)，會(huì)自動(dòng)回連手機(jī)，建立連接后，便可播放手機(jī)中的音樂(lè)，并實(shí)現(xiàn)小范圍的遙控式雙向操作。其次，引入藍(lán)牙模塊的音箱可進(jìn)行藍(lán)牙通話。在如今藍(lán)牙已經(jīng)進(jìn)入了語(yǔ)音時(shí)代的大環(huán)境下，擁有藍(lán)牙模塊的音箱可以實(shí)現(xiàn)回?fù)茈娫?、接?tīng)電話、拒接電話等一系列的功能，可即時(shí)通話。使用者在開(kāi)車時(shí)可通話，保證駕駛員在駕駛過(guò)程中的行駛安全，方便快捷。

4　結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在擁有卡的控制播放、USB 聲卡/讀卡器播放、收音機(jī)、LINE-IN 等功能的基礎(chǔ)上，全面實(shí)現(xiàn)了多功能音箱的多媒體讀取和播放，具有斷電記憶等功能，同時(shí)還搭載了藍(lán)牙模塊，具有藍(lán)牙耳機(jī)的功能，可通過(guò)藍(lán)牙播放歌曲、建立通信。低EMI，有效提高了FM等無(wú)線設(shè)備的接收效果，增加了產(chǎn)品的抗干擾能力。低功耗在節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，增加了電池的續(xù)航時(shí)間，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。正常情況下，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，系統(tǒng)切實(shí)可行，且操作簡(jiǎn)單、使用便捷，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值，并可借鑒應(yīng)用在其它嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi) 發(fā)及推廣中。同時(shí)，此設(shè)計(jì)受限于AU6860C的OTP 存儲(chǔ)空間，需在軟件編寫中盡量?jī)?yōu)化代碼，減小代碼空間，也因此所有模塊不能同時(shí)連接運(yùn)行。所以應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)資源及其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，合理制定藍(lán)牙音箱設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

［1］ 楊菲，周鳳星.基于ARM的藍(lán)牙無(wú)線通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2011，44（3）：113-115.

［2］ 陳淡，鄭應(yīng)航.基于藍(lán)牙技術(shù)的北斗終端通信模塊的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（23）：16-18.

［3］ 張子敬.藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)［J］.科技致富向?qū)В?012（14）：41-42.

［4］ 吳曄，張陽(yáng)，滕勤.基于HCS12的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［5］ 翁楊，郭涵雅，周龍.便攜式多媒體音箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案［J］.電子技術(shù)，2012（7）：63-66.

［6］ 王宜懷，朱仕浪，郭蕓.嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐（第3版）——ARM Cortex-M0+KiisL 系列微控制器（軟件工程專業(yè)核心課程系列教材）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2013.

［7］ 張群，楊絮，張正言，等.藍(lán)牙模塊串口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012（3）：79-82.