藍(lán)牙音箱頻譜屏的設(shè)計(jì)

廖建文，彭永杰，屈　珣（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與控制工程系，四川宜賓644000）

藍(lán)牙音箱頻譜屏的設(shè)計(jì)

廖建文，彭永杰，屈珣
（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與控制工程系，四川宜賓644000）

設(shè)計(jì)一款藍(lán)牙音箱，其頻譜屏由主控芯片IAP15F2K61S2、迷你浪景L8304音箱、16×16 LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊、4.0藍(lán)牙接收模塊HC-06構(gòu)成.成品能給使用者一個(gè)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)的全新享受方式，通過(guò)藍(lán)牙收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)和外部手機(jī)等終端設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)音頻的傳送，通過(guò)內(nèi)部軟件編程.

IAP15F2K61S2；藍(lán)牙模塊HC-06；頻譜屏

Liao JW,Peng YJ,Qu X.The Design of Bluetooth Speaker Frequency Screen[J].Journal of Yibin University,2015,15 （6）：45-47.

傳統(tǒng)音箱功能比較單一，音箱體積較大，不能隨身攜帶，并且只能有聽(tīng)覺(jué)的享受，主要采用有線連接的方式，成本一般都比較高.隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)音響提出了功能多樣化、操作人性化、成本低廉化的更高要求[1].藍(lán)牙是一種低功耗的無(wú)線技術(shù)，其目的是取代近距離有線連接，憑借可以隨時(shí)隨地用無(wú)線接口代替有線電纜連接、移植性強(qiáng)、功耗低、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛推廣.快速傅里葉變換（fastFourier transform），即利用計(jì)算機(jī)計(jì)算離散傅里葉變換（DFT）的高效、快速計(jì)算方法的統(tǒng)稱，基于以上技術(shù)，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的分析和合成，對(duì)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的時(shí)分制與頻分制（TDM/FDM）的復(fù)用轉(zhuǎn)換，通過(guò)單片機(jī)輸出變換后的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制LED屏，可以看到隨音樂(lè)節(jié)奏變換的頻譜圖[1].

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的主要組成部分是由IAP 15F2K61S2單片機(jī)、藍(lán)牙接收電路、迷你音響、16×16點(diǎn)陣屏、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成.系統(tǒng)工作過(guò)程為開(kāi)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)藍(lán)牙模塊，查詢外部藍(lán)牙模塊配對(duì)，配對(duì)成功后使用終端設(shè)備進(jìn)行音頻播放，數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)快速傅立葉（FFT）變化輸出變換后的數(shù)據(jù)對(duì)外部LED屏進(jìn)行控制，可以看到隨音樂(lè)節(jié)奏變換的頻譜現(xiàn)象，同時(shí)音箱播放音樂(lè).結(jié)構(gòu)硬件框圖如圖1所示.

圖1　系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件部分主要由IAP15F2K61S2單片機(jī)、藍(lán)牙發(fā)送接收模塊、LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊、迷你小音箱構(gòu)成.

2.1控制芯片

STC公司的IAP15F2K60S2是宏晶公司生產(chǎn)的超高速雙串口、A/D高速10位8路的單片機(jī)，內(nèi)含2 048字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，擁有大容量片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比傳統(tǒng)8051快7～12倍，也比STC早期的1T系列單片機(jī)（如STC12/11/10系列）的速度快20％.電壓為5.5～3.8 V的寬電壓，具有低速模式、空閑模式、掉電模式三種低功耗設(shè)計(jì).這是一款不需要外部復(fù)位的單片機(jī)，ISP編程時(shí)8級(jí)復(fù)位門檻電壓可選，內(nèi)置高可靠復(fù)位電路，也不需要外部晶振的單片機(jī)，內(nèi)部時(shí)鐘從5～35 MHz可選.內(nèi)部擁有高精度R/C時(shí)鐘（±0.3％），±1％溫飄（-40～+85℃），常溫下溫飄±0.6％（-20～+65℃）.ISP/IAP在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無(wú)需編程器/仿真器.6個(gè)定時(shí)器，2個(gè)16位可重裝載定時(shí)器T0和T1兼容普通8051的定時(shí)器，新增一個(gè)16位的定時(shí)器T2，并可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘輸出，3路CCP/PCA可再實(shí)現(xiàn)3個(gè)定時(shí)器[2].

2.2藍(lán)牙發(fā)送和接收模塊

核心模塊使用HC-06從模塊，引出接口包括VCC、GND、TXD、RXD、預(yù)留LED狀態(tài)輸出腳，單片機(jī)可通過(guò)該腳狀態(tài)判斷藍(lán)牙是否已經(jīng)連接，KEY引腳對(duì)從機(jī)無(wú)效；LED指示藍(lán)牙連接狀態(tài)，閃爍表示沒(méi)有藍(lán)牙連接，常亮表示藍(lán)牙已連接并打開(kāi)了端口；底板設(shè)置LDO，輸入電壓3.6～6 V，未配對(duì)時(shí)電流約30mA，配對(duì)后約10mA，輸入電壓禁止超過(guò)7 V，絕對(duì)禁止接反電源；接口電平3.3 V，可以直接連接各種單片機(jī)，5 V單片機(jī)也可直接連接，無(wú)需MAX232也不能經(jīng)過(guò)MAX232；傳輸速度達(dá)到3Mbit/s.具有應(yīng)用簡(jiǎn)便，音質(zhì)優(yōu)越，高靈敏高，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在無(wú)障礙遮擋的環(huán)境下，測(cè)試工作距離20M以上[3]，如圖2所示.

圖2　藍(lán)牙接收和發(fā)送模塊原理圖

2.3LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

74LS595+74LS138組成驅(qū)動(dòng)板的主要芯片，列鎖存電路使用2塊595進(jìn)行鎖存，行驅(qū)動(dòng)方式，使用2塊74LS138進(jìn)行鎖存.74LS595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過(guò)程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變.這在串行速度慢的場(chǎng)合很有用處，數(shù)碼管沒(méi)有閃爍感.74LS595還多有輸出端時(shí)能/禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)[3]，如圖3所示.

2.4迷你小音箱

迷你音箱只需與筆記本電腦、手機(jī)等設(shè)備連接，無(wú)需電源供給就能播放美妙的音樂(lè).有的音箱內(nèi)部裝有一塊大容量的鋰電池，產(chǎn)品可以播放10小時(shí)的音樂(lè).當(dāng)音箱電池沒(méi)電的時(shí)候，可以通過(guò)USB與電腦連接給電池充電[4].當(dāng)迷你音箱加上藍(lán)牙模塊的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙傳輸音頻，即成為藍(lán)牙音箱.

圖3　驅(qū)動(dòng)電路原理圖

3　軟件設(shè)計(jì)

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性.頻譜屏控制是通過(guò)IAP15F2K61S2單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路和藍(lán)牙模塊接收的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換后輸出對(duì)LED屏進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)音頻和視頻的合一.軟件流程圖如圖4所示.

部分算法的程序如下：

Void init（）∥串口定時(shí)器外部中斷初始化

{

TMOD=0X21；∥|=0x20；//定時(shí)器1為模式2,8位自動(dòng)重裝

TH1=0xfd；

TL0=0；

TR1=1；∥定時(shí)器1運(yùn)行

SCON=0x50；∥UART為模式1，8位數(shù)據(jù)，允許接收

EA=1；

ET0=1；

}

4　系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)的調(diào)試主要對(duì)藍(lán)牙模塊接收數(shù)據(jù)、單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后輸出的控制情況進(jìn)行調(diào)試.

接通電源后，打開(kāi)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)按鈕，此時(shí)，藍(lán)牙模塊正常啟動(dòng)，查看外部終端和藍(lán)牙模塊的連接情況，有聲音和LED提示，點(diǎn)亮并閃動(dòng)表示成功收發(fā)控制的數(shù)據(jù)，調(diào)試效果如圖5所示.

圖4　軟件流程圖

圖5　部分調(diào)試效果圖

5　總結(jié)

使用終端設(shè)備藍(lán)牙與單片機(jī)上的藍(lán)牙（dmzmu?sic）接收器配對(duì)，成功后使用手機(jī)播放音樂(lè)，藍(lán)牙接收器接受到音樂(lè)后，把音頻信號(hào)分別送給音響和單片機(jī)，單片機(jī)把音頻信號(hào)通過(guò)FFT離散傅立葉變換算法，把結(jié)果通過(guò)16×16點(diǎn)陣屏顯示出來(lái)[5-6].

藍(lán)牙頻譜屏的設(shè)計(jì)把視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)完美的結(jié)合起來(lái)，特別是晚上效果更佳，并且產(chǎn)品靈巧方便易拿，具有很好的市場(chǎng)價(jià)值.

[1]肖寧,呂盼稂,王余濤,等.基于TEF6606車載收音機(jī)模塊設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2010（8）：32-35.

[2] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].第三版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[3] 陳永降,朱維杰.基于bu9435KV的車載音箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2008（11）：18-20.

[4] 百度文庫(kù).IAP15F2K61S2 STC15F2K60S2學(xué)習(xí)手冊(cè)[EB/OL].[2015-03-16].http：//wenku.baidu.com/view/a0400d94ba0d4a730 3763a17.htm l.

[5]季雪峰.智能模擬信號(hào)采集卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué), 2010.

[6]石鑫焱,劉權(quán),曹成茂.數(shù)字車載音箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用, 2011,30（19）：19-21.

（編校：王露）

The Design of Bluetooth Speaker Frequency Screen

LIAO Jianwen,PENGYongjie,QUXun （DepartmentofElectronicand Information Engineering,Yibin Vocationaland TechnicalCollege,Yibin,Sichuan 644000,China）

A Bluetooth speaker was designed,whose spectrum of screen is composed of a main control chip IAP15F2K61S2,miniwave king L8304 speaker,16×16 LED dotmatrix module and Bluetooth 4 module HC-06.The product can give users a new way of auditory and visual enjoyment.Connected to externalmobile phone and other termi?nalequipmentvia bluetooth transceivermodule,the product can realize the transmission ofaudio resources through soft?ware programming.

IAP15F2K61S2；bluetoothmodule HC-06；frequency screen

TP29

A

1671-5365（2015）06-0045-03

2015-04-02修回：2015-05-11

廖建文（1964-），女，副教授，碩士，研究方向?yàn)橹悄墚a(chǎn)品開(kāi)發(fā)

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-05-20 09：39網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20150520.0939.001.html

引用格式：廖建文，彭永杰，屈珣.藍(lán)牙音箱頻譜屏的設(shè)計(jì)[J].宜賓學(xué)院學(xué)報(bào),2015,15（6）：45-47.