自制藍牙音箱的手冊

綜述

本文是藍牙音箱的手冊，

藍牙音箱作為禮物，面向的是用戶，但是這位用戶同時又是開發者，因此音箱的設計原則是實作一定的功能，并提供足夠的擴展介面、開放設計檔案，

資料下載：提取碼0910，

硬體

音箱由外殼、3塊PCB、揚聲器、面包板、若干連接線和電源配接器組成，

1. 外殼包括亞克力材質的底板、面板和側板，底板和面板之間用不銹鋼合頁連接，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，右上的為音頻，

   16*8點陣屏為主要輸出設備，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，左上調節低頻范圍，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牙連接，斷開J5以禁用；音頻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、音頻板之間分別用8、4針排線連接，標“1”的位置對應；控制板和音頻板之間還需2根電源線，“+”“-”對應，

3. 電源配接器為市售的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給板載設備，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，音頻板通過端子從控制板上取12V，并用LDO降壓到10V用于音頻信號放大，

藍牙模塊JDY-67輸出左右聲道音頻信號，左、右與混合為3個信號源；6.35mm輔助輸入的左聲道為信號源，增益可通過控制板左下方的電位器調整；另一信號源為分壓后的單片機定時器輸出，以上信號源經CD4051選擇一路（SRC）送到音頻板上，10倍放大并調整直流電位到2.5V后送回（AUD），此信號通過截止頻率可調的低通濾波器、放大倍數為0到大約3可調的共射放大電路（反相），進入帶恒流源的、放大倍數為1的雙端輸入、單端輸出差分放大電路，另一路為AUD，差分放大電路輸出用射極跟隨器緩沖，進入D類功放芯片PAM8320，增益26dB，

AUD在控制板上經低通濾波器進入全波整流電路，信號幅度ENV輸出給單片機ADC，AUD串聯10kΩ電阻后接ADC，ADC還接有光敏電阻和熱敏電阻，后者在音頻板上，靠近PAM8320底部焊盤，

單片機采用ATmega328P，頻率20MHz，UART的RX直接引出，TX用CD4053復用為2路引出，TXDS信號選擇通道，可用跳線連接藍牙模塊，SPI連接LED驅動與按鍵掃描芯片TM1629與時鐘芯片DS1302，前者在外設板上，兩芯片均為半雙工IO設計，用SS信號驅動CD4053切換通道，

擴展介面共4組，控制板與外設板右側可插MEDS模塊，也可連接其他I2C設備；面包板右上方為UART區域，M和B分別表示單片機和藍牙模塊，ETX為TXDS高電平時單片機串口輸出；右下方為單片機GPIO與5V電源，PC可接ADC，PD可接定時器0；下方為模擬區域，從左到右分別為藍牙左、右、放大后的輔助輸入、2.5V電源、CD4051通道6、7，2.5V電源在音頻域中輸出100mA時波紋小于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應連接CD4053的11號引腳，TXDS應連接9號，PCB設計錯誤，已經魔改解決，

4. 藍牙模塊已改為直連5V并連接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. 音頻板上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，

界面

可切換的有5個界面：時鐘、鬧鐘、通道選擇、頻譜和影片，還有一個鬧鐘響起的界面，按鍵0用于切換至下一界面，

1. 時鐘界面

   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后可用按鍵2、3調整分鐘，再按按鍵1調整秒鐘，再按保存，

2. 鬧鐘界面

   與上面類似，依次調整小時、分鐘的十位和分鐘的個位，最后按下按鍵1保存，

   如果已經設定鬧鐘，會顯示目標時間，按下按鍵1取消，

3. 鬧鐘響起界面

   閃爍顯示時間，按任意按鍵回傳鬧鐘響起前的界面，

4. 通道選擇

   可選擇的通道有0、1、2、3和5，分別為靜音、藍牙左、藍牙右、藍牙左右混合和放大后的輔助輸入，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. 影片

   與低頻信號響度有關的影片，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，也許和亮度也有關系，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為各設備API，program為可執行程式，其余都是開發單個功能時的代碼，

driver中的各API就對照著實作顧名思義吧，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，每個界面稱為一個“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的構造和解構式，進入和退出時呼叫，函式switch_page封裝了這一程序，

2. listener為監聽器，按鍵按下時呼叫，按鍵回應有兩種方式，一種是在listener內部處理，另一種是呼叫button_forward把事件存盤在flag中，在thread中呼叫button_read讀取，

3. thread為主執行緒，界面控制在此執行，函式不得回傳，

main函式先初始化，然后進入第一個頁面，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，其中依次關全域中斷、呼叫dtor、配置頁面、呼叫ctor，把堆疊指標SP寫為記憶體最高地址以防止記憶體溢位、開全域中斷，最后呼叫新頁面的thread，

independent_listener是獨立于頁面的監聽器，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，最后對數映射輸出，

影片頁面根據ENV信號的電壓檢測峰值，按照信號是否超過最大值的3/4分兩種情況，螢屏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，如果有操作會打開中斷，一定要確保UDR已經讀取，否則會遞回進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信，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. 代碼第604行對i == 15會復位，不知道是哪里出問題了，

設計提示

硬體：

1. 連接MEDS模塊（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. 藍牙音頻與輔助輸入混合，

軟體：

1. 重構，

2. 與藍牙模塊通信，實作暫停、下一曲等功能，

3. 讓單片機像藍牙模塊那樣，允許用戶通過串口控制設備，

4. *智能校正時間，

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，

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