基于AU6860C的多功能藍牙音箱

0 引言

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

1 藍牙音箱的特點

藍牙音箱有其獨特的特點：1)應用廣泛。藍牙技術規(guī)格全球統(tǒng)一，移動電話、無線耳機、筆記本電腦、汽車、醫(yī)療設備等眾多設備，只要擁有藍牙適配器，就能輕松連接藍牙設備，進行數(shù)據(jù)傳輸或語音通信。2)操作簡便。藍牙技術是一項即時技術，它不要求固定的基礎設施，且易于安裝和設置，無需電纜即可實現(xiàn)連接，只需簡單完成配對就可投入使用，操作門檻較低。3)傳輸速度較快。相比于紅外等其他方式，藍牙傳輸協(xié)議在速度上有著明顯的優(yōu)勢，藍牙4.0理論最高速度達到24Mbps，更快的速度可以保證更高的音質，使其有足夠的能力承載碼率更高的音樂。4傳輸距離適中和兼容性。藍牙傳輸距離一般在10m以內，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)有藍牙設備。由于藍牙傳輸協(xié)議和其他2.4G設備一樣，共用這一頻段信號，難免導致信號互相干擾的情況出現(xiàn)。

2 AU6860C藍牙音箱設計的構成

AU6860C是多應用、高性能音頻SOC芯片，片上系統(tǒng)基于高性能增強型51 MCU運行。

2.1 AU6860C系統(tǒng)配置說明

本設計方案采用的主控芯片AU6860C系統(tǒng)結構如圖1所示，AU6860C內含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內核的UART，另一種是高速UART(最高支持57600bps波特率);內置5路6Bit精度SAR AD模塊，外置有2路GPIO口用于ADC功能，可應用在ADC按鍵、頻譜采集、電池低壓檢測等;其提供14個段碼LCD IO口;采用的OTG技術，在沒有Host的情況下，實現(xiàn)從設備間的數(shù)據(jù)傳送;SD接口可支持SD/ MMC/TF卡，串行外設接口總線系統(tǒng)，是一種同步串行外設接口，可使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信，以交換信息，為使用者的外圍擴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)提供實時時鐘、鬧鐘和休眠模式下的喚醒功能;共有3個IO口具有PWM輸出功能，寬頻率范圍選擇、占空比可配置驅動強，可應用于按鍵BP聲、LED呼吸效果等;芯片內部集成了紅外信號硬件解碼器，支持NEC通訊協(xié)議，并支持從SLEEP模式下喚醒系統(tǒng)功能;NVM非易失存儲器存儲空間為79By te，支持多設備掉電記憶等。

2.2 軟件流程

本設計的流程圖如圖2所示。

本系統(tǒng)利用AU6860C作為MCU，在主函數(shù)中，進行了相應的初始化設置之后，利用一個while循環(huán)，獲取按鍵信息并獲取各個設備的狀態(tài)控制，各功能模塊控制依次按順序結構依次執(zhí)行，各功能模塊內部多數(shù)采用狀態(tài)機結構，各功能模塊間采用消息傳遞和少量全局變量機制。

3 多功能藍牙音箱的設計與實現(xiàn)

3.1 MCU主控AU6860C

此次設計將GPIO—A(簡寫為A1)設置為LED指示燈接口，通過控制該狀態(tài)燈的閃爍規(guī)律，獲知此藍牙音箱處于什么模式，A2為SD卡的檢測，A3、A4、A5為SD卡的總線設置，A 6、A7作為FM通道;B0、B1、B2為SPI總線設置接口，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分別為收音機的SCL和SDA，D6、D7分別為LED2、LED1;E0為藍牙開關機控制，E1為LINE-IN檢測，E2為按鍵接口，E3為電壓檢測，如圖3所示。

3.2 按鍵模塊

按鍵模塊中，利用每個按鍵對應串聯(lián)的電阻值各不相同的原理，在按鍵按下時，將檢測到的電壓值傳送給MCU，MCU通過該值判斷按下的對應按鍵，從而執(zhí)行與之相對應的操作。如圖4所示。

3.3 插卡模塊

插卡模塊是該設計的核心模塊，包括USB、TF/SD卡等。在插入存儲有音樂文件的設備后，該設計便可通過其檢測引腳，獲取檢測設備的插入信號，讀取該設備，自動播放能夠識別的音樂文件。該模塊從工作狀態(tài)轉入空閑狀態(tài)后，可關閉時鐘輸出，降低對FM模式的干擾，避免假臺增多和收音效果不好等后果。

此外，本設計還支持USB聲卡和USB讀卡器，支持數(shù)據(jù)的讀取和寫入。具體如圖5所示。

3.4 FM模塊

QN8035是一枚高性能、全功能的低功耗數(shù)字調頻接收單芯片。其集成了完整的FM接收、自動搜索和空臺掃描等功能。QN8035體積小，所需外部元件數(shù)量少，且支持多個時鐘頻率，可靠性高，便于被集成到多種小型低功耗便攜式應用中。如圖6所示，系統(tǒng)切換至收音機模式時，電源端口為QN8035模塊供電，接收到的信號直接傳遞給DAC通道輸出。

3.5 LINE—IN模塊

LINE—IN模塊顧名思義為線路輸入，在檢測到LINE—IN的接入后，可采集其他音頻設備(電腦或者手機等)的音頻信號。具體如圖7所示。

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，充電電流可通過電阻器進行外部設置，可達500mA。當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設定值1/10時，TP4054將自動終止充電循環(huán)。當輸入電壓被拿掉時，其進入低電流狀態(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成為便攜式應用的理想選擇。

而藍牙模塊采用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能力，輸出穩(wěn)定性高、成本低，適用于多種移動設備。且CE功能允許調節(jié)器的輸出被關閉，當系統(tǒng)切換至其他模式后，MCU的E0引腳可將該位進行清零設置，關閉CE，降低系統(tǒng)的功耗。具體如圖8所示。

AU6860C芯片本身內置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LDO輸入端輸入電壓為5V時，LDO最大輸出電流僅為150mA，功耗相對很低。AU6 860C提供分頻模式，內部MCU可以降低工作頻率，分頻工作模式下，結合關閉不使用的功能模塊，可以有效地降低系統(tǒng)功耗和EMI，同時人機接口的功能(如按鍵、顯示)仍然正常工作。在進入POWERDOWN模式后，RTC不工作，保持NVM數(shù)據(jù)存儲記憶，存儲斷點播放信息，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分別外接兩個電容對DAC內部電路提供參考電壓，兩個電容應盡可能靠近MCU，并使用模擬地包裹兩根音頻信號線，以避免音頻模擬信號受到外圍信號干擾，如圖9所示。

本設計采用的功放為HT6871，如圖10所示，此款功放內部集成免濾波器數(shù)字調制技術，可直接驅動揚聲器，并最大程度減小脈沖輸出信號的失真和噪音。HT6871內置的關斷功能使待機電流最小化，還集成了輸出端過流保護、片內過溫保護和電源欠壓異常保護等功能，輸出無需濾波網(wǎng)絡，僅需要極少的外部元器件，在節(jié)省系統(tǒng)空間的同時也降低了成本，是便攜式應用的不二選擇。

3.8 藍牙模塊

在本設計中，通過MCU對藍牙模塊的芯片中的state引腳、電源引腳、多功能引腳以及按鍵控制引腳的對應連接，實現(xiàn)對藍牙的控制。支持帶有藍牙功能的各種移動終端，手機、電腦等輕松無線連接，有效距離可達10m，且兼容性好，具有良好的穩(wěn)定性，其原理圖如圖11所示。

藍牙模塊的引入大大增加了音箱的實用性與多樣性。首先，其優(yōu)化了用戶的體驗快感。當音箱切換到藍牙模式時，會自動回連手機，建立連接后，便可播放手機中的音樂，并實現(xiàn)小范圍的遙控式雙向操作。其次，引入藍牙模塊的音箱可進行藍牙通話。在如今藍牙已經進入了語音時代的大環(huán)境下，擁有藍牙模塊的音箱可以實現(xiàn)回撥電話、接聽電話、拒接電話等一系列的功能，可即時通話。使用者在開車時可通話，保證駕駛員在駕駛過程中的行駛安傘，方便快捷。

4 結束語

本設計在擁有卡的控制播放、USB聲卡/讀卡器播放、收音機、LINE—IN等功能的基礎上，全面實現(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，同時還搭載了藍牙模塊，具有藍牙耳機的功能，可通過藍牙播放歌曲、建立通信。低EMI，有效提高了FM等無線設備的接收效果，增加了產品的抗干擾能力。低功耗在節(jié)能環(huán)保的同時，增加了電池的續(xù)航時間，提高了產品的競爭力。

正常情況下，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，系統(tǒng)切實可行，且操作簡單、使用便捷，具有一定的應用推廣價值，并可借鑒應用在其它嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)及推廣中。

同時，此設計受限于AU6860C的OTP存儲空間，需在軟件編寫中盡量優(yōu)化代碼，減小代碼空間，也因此所有模塊不能同時連接運行。所以應綜合考慮系統(tǒng)資源及其經濟實用性，合理制定藍牙音箱設計方案。