蓝牙音箱频谱屏的设计

廖建文，彭永杰，屈　珣（宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系，四川宜宾644000）

蓝牙音箱频谱屏的设计

廖建文，彭永杰，屈珣
（宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系，四川宜宾644000）

设计一款蓝牙音箱，其频谱屏由主控芯片IAP15F2K61S2、迷你浪景L8304音箱、16×16 LED点阵驱动模块、4.0蓝牙接收模块HC-06构成.成品能给使用者一个听觉和视觉的全新享受方式，通过蓝牙收发模块实现和外部手机等终端设备连接，实现音频的传送，通过内部软件编程.

IAP15F2K61S2；蓝牙模块HC-06；频谱屏

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

传统音箱功能比较单一，音箱体积较大，不能随身携带，并且只能有听觉的享受，主要采用有线连接的方式，成本一般都比较高.随着电子技术的迅速发展，人们对音响提出了功能多样化、操作人性化、成本低廉化的更高要求[1].蓝牙是一种低功耗的无线技术，其目的是取代近距离有线连接，凭借可以随时随地用无线接口代替有线电缆连接、移植性强、功耗低、成本低廉等优点而被广泛推广.快速傅里叶变换（fastFourier transform），即利用计算机计算离散傅里叶变换（DFT）的高效、快速计算方法的统称，基于以上技术，对语音信号的分析和合成，对控制系统中实现全数字化的时分制与频分制（TDM/FDM）的复用转换，通过单片机输出变换后的信号，实现控制LED屏，可以看到随音乐节奏变换的频谱图[1].

1　系统总体设计

设计的主要组成部分是由IAP 15F2K61S2单片机、蓝牙接收电路、迷你音响、16×16点阵屏、驱动电路构成.系统工作过程为开机启动系统蓝牙模块，查询外部蓝牙模块配对，配对成功后使用终端设备进行音频播放，数据传送到系统经单片机进行处理实现快速傅立叶（FFT）变化输出变换后的数据对外部LED屏进行控制，可以看到随音乐节奏变换的频谱现象，同时音箱播放音乐.结构硬件框图如图1所示.

图1　系统框图

2　系统硬件设计

硬件部分主要由IAP15F2K61S2单片机、蓝牙发送接收模块、LED点阵驱动模块、迷你小音箱构成.

2.1控制芯片

STC公司的IAP15F2K60S2是宏晶公司生产的超高速双串口、A/D高速10位8路的单片机，内含2 048字节片内RAM数据存储器，拥有大容量片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上，1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比传统8051快7～12倍，也比STC早期的1T系列单片机（如STC12/11/10系列）的速度快20％.电压为5.5～3.8 V的宽电压，具有低速模式、空闲模式、掉电模式三种低功耗设计.这是一款不需要外部复位的单片机，ISP编程时8级复位门槛电压可选，内置高可靠复位电路，也不需要外部晶振的单片机，内部时钟从5～35 MHz可选.内部拥有高精度R/C时钟（±0.3％），±1％温飘（-40～+85℃），常温下温飘±0.6％（-20～+65℃）.ISP/IAP在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器.6个定时器，2个16位可重装载定时器T0和T1兼容普通8051的定时器，新增一个16位的定时器T2，并可实现时钟输出，3路CCP/PCA可再实现3个定时器[2].

2.2蓝牙发送和接收模块

核心模块使用HC-06从模块，引出接口包括VCC、GND、TXD、RXD、预留LED状态输出脚，单片机可通过该脚状态判断蓝牙是否已经连接，KEY引脚对从机无效；LED指示蓝牙连接状态，闪烁表示没有蓝牙连接，常亮表示蓝牙已连接并打开了端口；底板设置LDO，输入电压3.6～6 V，未配对时电流约30mA，配对后约10mA，输入电压禁止超过7 V，绝对禁止接反电源；接口电平3.3 V，可以直接连接各种单片机，5 V单片机也可直接连接，无需MAX232也不能经过MAX232；传输速度达到3Mbit/s.具有应用简便，音质优越，高灵敏高，体积小，传输距离远等特点，在无障碍遮挡的环境下，测试工作距离20M以上[3]，如图2所示.

图2　蓝牙接收和发送模块原理图

2.3LED驱动电路设计

74LS595+74LS138组成驱动板的主要芯片，列锁存电路使用2块595进行锁存，行驱动方式，使用2块74LS138进行锁存.74LS595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变.这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感.74LS595还多有输出端时能/禁止控制端，可以使输出为高阻态[3]，如图3所示.

2.4迷你小音箱

迷你音箱只需与笔记本电脑、手机等设备连接，无需电源供给就能播放美妙的音乐.有的音箱内部装有一块大容量的锂电池，产品可以播放10小时的音乐.当音箱电池没电的时候，可以通过USB与电脑连接给电池充电[4].当迷你音箱加上蓝牙模块的时候，实现蓝牙传输音频，即成为蓝牙音箱.

图3　驱动电路原理图

3　软件设计

软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性.频谱屏控制是通过IAP15F2K61S2单片机控制驱动电路和蓝牙模块接收的信号，对信号进行快速傅立叶变换后输出对LED屏进行控制，实现音频和视频的合一.软件流程图如图4所示.

部分算法的程序如下：

Void init（）∥串口定时器外部中断初始化

{

TMOD=0X21；∥|=0x20；//定时器1为模式2,8位自动重装

TH1=0xfd；

TL0=0；

TR1=1；∥定时器1运行

SCON=0x50；∥UART为模式1，8位数据，允许接收

EA=1；

ET0=1；

}

4　系统调试

系统的调试主要对蓝牙模块接收数据、单片机处理数据后输出的控制情况进行调试.

接通电源后，打开系统的开关按钮，此时，蓝牙模块正常启动，查看外部终端和蓝牙模块的连接情况，有声音和LED提示，点亮并闪动表示成功收发控制的数据，调试效果如图5所示.

图4　软件流程图

图5　部分调试效果图

5　总结

使用终端设备蓝牙与单片机上的蓝牙（dmzmu⁃sic）接收器配对，成功后使用手机播放音乐，蓝牙接收器接受到音乐后，把音频信号分别送给音响和单片机，单片机把音频信号通过FFT离散傅立叶变换算法，把结果通过16×16点阵屏显示出来[5-6].

蓝牙频谱屏的设计把视觉和听觉完美的结合起来，特别是晚上效果更佳，并且产品灵巧方便易拿，具有很好的市场价值.

[1]肖宁,吕盼稂,王余涛,等.基于TEF6606车载收音机模块设计[J].微型机与应用,2010（8）：32-35.

[2] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].第三版.北京：北京航空航天大学出版社,2005.

[3] 陈永降,朱维杰.基于bu9435KV的车载音箱系统设计[J].电子技术,2008（11）：18-20.

[4] 百度文库.IAP15F2K61S2 STC15F2K60S2学习手册[EB/OL].[2015-03-16].http：//wenku.baidu.com/view/a0400d94ba0d4a730 3763a17.htm l.

[5]季雪峰.智能模拟信号采集卡的设计与实现[D].上海：复旦大学, 2010.

[6]石鑫焱,刘权,曹成茂.数字车载音箱系统设计[J].微型机与应用, 2011,30（19）：19-21.

（编校：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，硕士，研究方向为智能产品开发

网络出版时间：2015-05-20 09：39网络出版地址：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.蓝牙音箱频谱屏的设计[J].宜宾学院学报,2015,15（6）：45-47.