基于AU6860C的多功能蓝牙音箱

0 引言

蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术，具有安全性高和受干扰性小的特点。能在众多固定和可移动设备间进行无线信息交换。蓝牙技术清除了数据线的束缚，有效简化了移动通信终端设备间和设备与Internet间的通信，从而使数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。采用时分双工传输方案实现全双工传输。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定和安全。

1 蓝牙音箱的特点

蓝牙音箱有其独特的特点：1)应用广泛。蓝牙技术规格全球统一，移动电话、无线耳机、笔记本电脑、汽车、医疗设备等众多设备，只要拥有蓝牙适配器，就能轻松连接蓝牙设备，进行数据传输或语音通信。2)操作简便。蓝牙技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，且易于安装和设置，无需电缆即可实现连接，只需简单完成配对就可投入使用，操作门槛较低。3)传输速度较快。相比于红外等其他方式，蓝牙传输协议在速度上有着明显的优势，蓝牙4.0理论最高速度达到24Mbps，更快的速度可以保证更高的音质，使其有足够的能力承载码率更高的音乐。4传输距离适中和兼容性。蓝牙传输距离一般在10m以内，并可隔墙传输数据，使用方便。且基本百分百兼容支持现有蓝牙设备。由于蓝牙传输协议和其他2.4G设备一样，共用这一频段信号，难免导致信号互相干扰的情况出现。

2 AU6860C蓝牙音箱设计的构成

AU6860C是多应用、高性能音频SOC芯片，片上系统基于高性能增强型51 MCU运行。

2.1 AU6860C系统配置说明

本设计方案采用的主控芯片AU6860C系统结构如图1所示，AU6860C内含5组GPIO，集成上下拉电阻，直推LED断码屏、LED灯、LED背光灯，大多具有各种复用功能;芯片供电模块采用宽系统电源输入3.35～5.5V;两种UART，一种是8051内核的UART，另一种是高速UART(最高支持57600bps波特率);内置5路6Bit精度SAR AD模块，外置有2路GPIO口用于ADC功能，可应用在ADC按键、频谱采集、电池低压检测等;其提供14个段码LCD IO口;采用的OTG技术，在没有Host的情况下，实现从设备间的数据传送;SD接口可支持SD/ MMC/TF卡，串行外设接口总线系统，是一种同步串行外设接口，可使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信，以交换信息，为使用者的外围扩展提供了灵活的选择;FM模式、LINE—IN模式下分频减低电磁干扰;集成的RTC硬件单元可为系统提供实时时钟、闹钟和休眠模式下的唤醒功能;共有3个IO口具有PWM输出功能，宽频率范围选择、占空比可配置驱动强，可应用于按键BP声、LED呼吸效果等;芯片内部集成了红外信号硬件解码器，支持NEC通讯协议，并支持从SLEEP模式下唤醒系统功能;NVM非易失存储器存储空间为79By te，支持多设备掉电记忆等。

2.2 软件流程

本设计的流程图如图2所示。

本系统利用AU6860C作为MCU，在主函数中，进行了相应的初始化设置之后，利用一个while循环，获取按键信息并获取各个设备的状态控制，各功能模块控制依次按顺序结构依次执行，各功能模块内部多数采用状态机结构，各功能模块间采用消息传递和少量全局变量机制。

3 多功能蓝牙音箱的设计与实现

3.1 MCU主控AU6860C

此次设计将GPIO—A(简写为A1)设置为LED指示灯接口，通过控制该状态灯的闪烁规律，获知此蓝牙音箱处于什么模式，A2为SD卡的检测，A3、A4、A5为SD卡的总线设置，A 6、A7作为FM通道;B0、B1、B2为SPI总线设置接口，B3为SPI片选，B4为音量加/下一曲，B5为音量减/上一曲，B6为播放/暂停键，C1是静音键接口，且低电平有效;D0、D1分别为收音机的SCL和SDA，D6、D7分别为LED2、LED1;E0为蓝牙开关机控制，E1为LINE-IN检测，E2为按键接口，E3为电压检测，如图3所示。

3.2 按键模块

按键模块中，利用每个按键对应串联的电阻值各不相同的原理，在按键按下时，将检测到的电压值传送给MCU，MCU通过该值判断按下的对应按键，从而执行与之相对应的操作。如图4所示。

3.3 插卡模块

插卡模块是该设计的核心模块，包括USB、TF/SD卡等。在插入存储有音乐文件的设备后，该设计便可通过其检测引脚，获取检测设备的插入信号，读取该设备，自动播放能够识别的音乐文件。该模块从工作状态转入空闲状态后，可关闭时钟输出，降低对FM模式的干扰，避免假台增多和收音效果不好等后果。

此外，本设计还支持USB声卡和USB读卡器，支持数据的读取和写入。具体如图5所示。

3.4 FM模块

QN8035是一枚高性能、全功能的低功耗数字调频接收单芯片。其集成了完整的FM接收、自动搜索和空台扫描等功能。QN8035体积小，所需外部元件数量少，且支持多个时钟频率，可靠性高，便于被集成到多种小型低功耗便携式应用中。如图6所示，系统切换至收音机模式时，电源端口为QN8035模块供电，接收到的信号直接传递给DAC通道输出。

3.5 LINE—IN模块

LINE—IN模块顾名思义为线路输入，在检测到LINE—IN的接入后，可采集其他音频设备(电脑或者手机等)的音频信号。具体如图7所示。

3.6 电源模块

电源模块采用的TP4054，是一款完整的单节锂离子电池，其适用于USB电源和适配器电源工作。其充电电压固定于4.2V，充电电流可通过电阻器进行外部设置，可达500mA。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4054将自动终止充电循环。当输入电压被拿掉时，其进入低电流状态，将电池漏电流降至2μA以下。其较少的外部元件数目使得TP4054成为便携式应用的理想选择。

而蓝牙模块采用HP5013 LDO稳压器，具有低输出噪音、高纹波抑制比、低压差和出色的瞬间响应能力，输出稳定性高、成本低，适用于多种移动设备。且CE功能允许调节器的输出被关闭，当系统切换至其他模式后，MCU的E0引脚可将该位进行清零设置，关闭CE，降低系统的功耗。具体如图8所示。

AU6860C芯片本身内置LDO(低压差线性稳压器)，支持正常工作电压范围为3.35～5.5V。且当LDO输入端输入电压为5V时，LDO最大输出电流仅为150mA，功耗相对很低。AU6 860C提供分频模式，内部MCU可以降低工作频率，分频工作模式下，结合关闭不使用的功能模块，可以有效地降低系统功耗和EMI，同时人机接口的功能(如按键、显示)仍然正常工作。在进入POWERDOWN模式后，RTC不工作，保持NVM数据存储记忆，存储断点播放信息，芯片电源输入端消耗的电流10μA。

3.7 DAC及功放模块

MCU的DAC_L和DAC_R分别外接两个电容对DAC内部电路提供参考电压，两个电容应尽可能靠近MCU，并使用模拟地包裹两根音频信号线，以避免音频模拟信号受到外围信号干扰，如图9所示。

本设计采用的功放为HT6871，如图10所示，此款功放内部集成免滤波器数字调制技术，可直接驱动扬声器，并最大程度减小脉冲输出信号的失真和噪音。HT6871内置的关断功能使待机电流最小化，还集成了输出端过流保护、片内过温保护和电源欠压异常保护等功能，输出无需滤波网络，仅需要极少的外部元器件，在节省系统空间的同时也降低了成本，是便携式应用的不二选择。

3.8 蓝牙模块

在本设计中，通过MCU对蓝牙模块的芯片中的state引脚、电源引脚、多功能引脚以及按键控制引脚的对应连接，实现对蓝牙的控制。支持带有蓝牙功能的各种移动终端，手机、电脑等轻松无线连接，有效距离可达10m，且兼容性好，具有良好的稳定性，其原理图如图11所示。

蓝牙模块的引入大大增加了音箱的实用性与多样性。首先，其优化了用户的体验快感。当音箱切换到蓝牙模式时，会自动回连手机，建立连接后，便可播放手机中的音乐，并实现小范围的遥控式双向操作。其次，引入蓝牙模块的音箱可进行蓝牙通话。在如今蓝牙已经进入了语音时代的大环境下，拥有蓝牙模块的音箱可以实现回拨电话、接听电话、拒接电话等一系列的功能，可即时通话。使用者在开车时可通话，保证驾驶员在驾驶过程中的行驶安伞，方便快捷。

4 结束语

本设计在拥有卡的控制播放、USB声卡/读卡器播放、收音机、LINE—IN等功能的基础上，全面实现了多功能音箱的多媒体读取和播放，具有断电记忆等功能，同时还搭载了蓝牙模块，具有蓝牙耳机的功能，可通过蓝牙播放歌曲、建立通信。低EMI，有效提高了FM等无线设备的接收效果，增加了产品的抗干扰能力。低功耗在节能环保的同时，增加了电池的续航时间，提高了产品的竞争力。

正常情况下，本系统运行稳定、可靠，系统切实可行，且操作简单、使用便捷，具有一定的应用推广价值，并可借鉴应用在其它嵌入式系统软件开发及推广中。

同时，此设计受限于AU6860C的OTP存储空间，需在软件编写中尽量优化代码，减小代码空间，也因此所有模块不能同时连接运行。所以应综合考虑系统资源及其经济实用性，合理制定蓝牙音箱设计方案。