綜述

本文是藍芽音箱的手冊。

藍芽音箱作為禮物，面向的是使用者，但是這位使用者同時又是開發者，因此音箱的設計原則是實現一定的功能，並提供足夠的擴充套件介面、開放設計文件。

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硬體

音箱由外殼、3塊PCB、揚聲器、麵包板、若干連線線和電源介面卡組成。

1. 外殼包括亞克力材質的底板、面板和側板。底板和麵板之間用不鏽鋼合頁連線，可調整至側板上有缺口的角度處固定，可用的角度有60、65、70、75和90度。

2. 3塊PCB中，底板包含電源與控制部分，2塊面板中下側的一塊為外設，右上的為音訊。

   16*8點陣屏為主要輸出裝置，4個按鍵（標號為0到3）的功能在下一節中介紹。

   3個旋鈕中，右上調節低頻增益，左上調節低頻範圍，下面的調節音量，逆時針旋到底可靜音。

   控制板上的綠燈指示藍芽連線，斷開J5以禁用；音訊板上的紅燈指示輸出開啟，把R19移到旁邊的焊盤上以禁用。

   控制板和外設板、音訊板之間分別用8、4針排線連線，標“1”的位置對應；控制板和音訊板之間還需2根電源線，“+”“-”對應。

3. 電源介面卡為市售的12V/1A直流電源，5.5-2.1插頭，內正外負。

控制板接12V電源，LDO降壓到5V給板載裝置，不分數字模擬。12V有過流保護，5V有過壓保護。外設板通過排針從控制板上取5V，音訊板通過端子從控制板上取12V，並用LDO降壓到10V用於音訊訊號放大。

藍芽模組JDY-67輸出左右聲道音訊訊號，左、右與混合為3個訊號源；6.35mm輔助輸入的左聲道為訊號源，增益可通過控制板左下方的電位器調整；另一訊號源為分壓後的微控制器定時器輸出。以上訊號源經CD4051選擇一路（SRC

AUD在控制板上經低通濾波器進入全波整流電路，訊號幅度ENV輸出給微控制器ADC。AUD串聯10kΩ電阻後接ADC。ADC還接有光敏電阻和熱敏電阻，後者在音訊板上，靠近PAM8320底部焊盤。

微控制器採用ATmega328P，頻率20MHz。UART的RX直接引出，TX用CD4053複用為2路引出，TXDS

擴充套件介面共4組。控制板與外設板右側可插MEDS模組，也可連線其他I²C裝置；麵包板右上方為UART區域，M和B分別表示微控制器和藍芽模組，ETX為TXDS高電平時微控制器串列埠輸出；右下方為微控制器GPIO與5V電源，PC可接ADC，PD可接定時器0；下方為模擬區域，從左到右分別為藍芽左、右、放大後的輔助輸入、2.5V電源、CD4051通道6、7，2.5V電源在音訊域中輸出100mA時波紋小於50mV。

已知問題與解決方案：

1. 面板固定不牢固，建議在插槽處安裝螺絲，把面板卡在側板的缺口處。

2. 側板上有45度缺口，但調整至該角度時杜邦線會受擠壓，因此不可用。

3. SS應連線CD4053的11號引腳，TXDS應連線9號，PCB設計錯誤，已經魔改解決。

4. 藍芽模組已改為直連5V並連線MLCC，AMS1117-5.0輸出增加470Ω電阻以滿足10mA最小電流要求，但仍不能徹底消除噪音。

5. TF卡無法使用，可能是因為CLK沒有上拉。

6. 音訊板上L1和L2不焊，短接，因為貼片磁珠額定電流不夠。

7. D1應改為1206封裝，TM1629引腳超出焊盤，6.35mm插座的封裝中缺口位置錯誤，但這些都不影響裝配。

介面

可切換的有5個介面：時鐘、鬧鐘、通道選擇、頻譜和動畫。還有一個鬧鐘響起的介面。按鍵0用於切換至下一介面。

1. 時鐘介面

   顯示時間。按下按鍵2，依次顯示年份、日期、星期幾與小時。使用按鍵3在分秒和時分之間切換。

   按下按鍵1後可用按鍵2、3調整分鐘，再按按鍵1調整秒鐘，再按儲存。

2. 鬧鐘介面

   與上面類似，依次調整小時、分鐘的十位和分鐘的個位，最後按下按鍵1儲存。

   如果已經設定鬧鐘，會顯示目標時間。按下按鍵1取消。

3. 鬧鐘響起介面

   閃爍顯示時間。按任意按鍵返回鬧鐘響起前的介面。

4. 通道選擇

   可選擇的通道有0、1、2、3和5，分別為靜音、藍芽左、藍芽右、藍芽左右混合和放大後的輔助輸入。按鍵3切換，按鍵1選擇。

   按鍵2可關閉點陣屏。

5. 頻譜

   顯示頻譜。按鍵無用。

6. 動畫

   與低頻訊號響度有關的動畫。按鍵無用。

已知問題與解決方案：

1. 點陣屏顯示的內容越多噪音越大，也許和亮度也有關係，建議享受音樂時關閉點陣屏。

2. 切換至通道0會爆音。建議用旋鈕來靜音。拔電源時也會爆音，建議一直插著。

軟體

開發環境Atmel Studio 7.0。BluetoothSpeaker包含driver和program等多個專案，driver為各裝置API，program為可執行程式，其餘都是開發單個功能時的程式碼。

driver中的各API就對照著實現顧名思義吧。注意TM1629和DS1302相關的數字都是BCD表示的。除了UART以外，所有操作都是阻塞的。

程式使用一種有點像作業系統的任務管理方式。每個介面稱為一個“page”（“process”或“thread”更合適），每個page包含cdtor、listener和thread三個函式指標欄位：

1. cdtor為page的構造和解構函式，進入和退出時呼叫。函式switch_page封裝了這一過程。

2. listener為監聽器，按鍵按下時呼叫。按鍵響應有兩種方式，一種是在listener內部處理，另一種是呼叫button_forward把事件儲存在flag中，在thread中呼叫button_read讀取。

3. thread為主執行緒，介面控制在此執行。函式不得返回。

main函式先初始化，然後進入第一個頁面。在定時器中斷中，程式讀取按鍵，在有按鍵動作時呼叫當前頁面的listener。listener內部呼叫switch_page，其中依次關全域性中斷、呼叫dtor、配置頁面、呼叫ctor，把棧指標SP寫為記憶體最高地址以防止記憶體溢位、開全域性中斷，最後呼叫新頁面的thread。

independent_listener是獨立於頁面的監聽器，負責鬧鐘的計時。

頻譜頁面使用了Arduino FHT庫，規模256，計算線性幅度，取前64個分組累加，最後對數對映輸出。

動畫頁面根據ENV訊號的電壓檢測峰值，按照訊號是否超過最大值的3/4分兩種情況。螢幕上一個點在對角線方向上移動，碰到邊緣反彈，電壓高時點變大且移動加快。

已知問題與解決方案：

1. UART接收的ISR中，如果有操作會開啟中斷，一定要確保UDR已經讀取，否則會遞迴進ISR。

2. ADC注意精度問題，有時8位不夠。

3. 如果SPI的SS為輸入，低電平時MSTR位會清零，置位前無法作為主機發起通訊，所以要在初始化SPI暫存器之前開上拉電阻或配置輸出。

4. DS1302在寫入RTC暫存器時會重新開始計秒。

5. 程式碼第604行對i == 15會復位，不知道是哪裡出問題了。

設計提示

硬體：

1. 連線MEDS模組（I²C自己寫哦）。

2. 側板上加燈條。

3. *改用電池供電。

4. 魔改外設板供電。

5. 藍芽音訊與輔助輸入混合。

軟體：

1. 重構。

2. 與藍芽模組通訊，實現暫停、下一曲等功能。

3. 讓微控制器像藍芽模組那樣，允許使用者通過串列埠控制裝置。

4. *智慧校正時間。

5. 根據光強調整點陣屏亮度。

6. 顯示溫度、過溫保護。

7. *節奏檢測。