手机与设备音频接口通信原理及案例分析

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1、手 机 与 设 备 音 频 接 口 通 信 原 理 及 案 例 分 析 简 单 目 录 （ 部 分 内 容 目 录 中 未 显 示 ） android音 频 口 通 信 2FSK信 号 调 制 2 . 2 一 、 前 言 . 2 二 、 通 信 建 立 的 基 础 耳 机 线 上 传 输 的 信 号 . 3 三 、 如 何 调 制 数 据 . 4 3.1 何 为 2FSK . 5 3.2 android下 实 现 2FSK（ 纯 软 件 调 制 ） . 6 3.3 android下 音 频 播 放 相 关 . 6 四 补 充 . 8 一 、 解 调 电 路 . 8 二 、 解 调 原 理 .

2、9 如 何 从 手 机 音 频 口 获 得 电 能 . 1 利 用 音 频 线 与 arduino进 行 通 信 音 频 信 号 频 率 计 . 17 拉 卡 拉 手 机 刷 卡 器 音 频 通 讯 技 术 原 理 初 步 分 析 . 26 关 于 手 机 音 频 通 信 实 际 开 发 经 验 分 享 . 3 一 、 手 机 音 频 通 信 的 特 点 . 3 二 、 手 机 音 频 通 信 分 类 . 3 四 、 各 个 通 信 方 案 对 比 分 析 . 34 三 、 手 机 音 频 通 信 硬 件 通 信 方 式 分 类 ： 手 机 音 频 通 信 的 硬 件 通 信 方 式 大 体

3、可 分 为 方 波 和正 弦 波 两 种 。 . 36 五 、 研 发 注 意 事 项 （ 通 讯 方 案 分 析 部 分 由 于 过 长 ， 放 到 最 后 来 讲 ） . 37 android音 频 口 通 信 2FSK信 号 调 制 2 一 、 前 言 今 天 要 和 大 家 分 享 一 个 本 人 最 近 研 发 的 完 全 具 有 自 主 知 识 产 权的 项 目 android音 频 口 通 信 ， 并 寻 求 有 兴 趣 的 同 行 和 友 人 一起 合 作 ！ 大 家 都 知 道 拉 卡 拉 ， 但 它 具 体 的 技 术 实 现 我 相 信 很 少 有 人 能说 出 来 个

4、一 二 ， 本 人 也 正 是 抱 着 遇 见 问 题 勇 往 直 前 的 技 术 男 的 精神 ， 花 了 一 两 个 月 的 时 间 ， 完 全 摸 透 并 已 初 步 实 现 了 用 android手 机 的 音 频 口 （ 耳 机 输 出 输 入 ） 来 实 现 全 双 工 的 通 信 ， 一 但 通 信协 议 建 立 了 ， 下 面 好 玩 的 东 西 就 多 了 ！ ！ 你 可 以 完 全 不 再 用 担 心 你 家 的 电 视 或 者 空 调 等 此 类 用 红 外 遥控 的 电 器 一 时 找 不 到 遥 控 器 而 烦 恼 了 ， 加 上 我 现 在 研 发 的 音 频 口扩

5、 展 头 ， 将 其 插 入 你 的 android手 机 的 耳 机 口 ， 装 上 特 制 的AP， 你 将 可 以 用 它 来 遥 控 你 家 的 任 何 带 红 外 遥 控 功 能 的 电 器 ！ 你 也 可 以 抛 开 目 前 那 种 单 调 的 耳 机 口 防 尘 塞 ， 加 上 相 应 的 扩展 头 ， 你 将 可 以 实 时 知 道 你 周 围 环 境 的 温 度 、 湿 度 等 等 指 标 诸 如 此 类 的 运 用 ， 数 不 胜 数 ， 在 这 里 我 就 不 一 一 列 举 了 ， 下面 转 入 我 们 的 正 题 吧 （ _不 好 意 思 ， 闲 话 说 多 啦 ，

6、哈 哈 ） 二 、 通 信 建 立 的 基 础 耳 机 线 上 传 输 的 信 号 我 们 知 道 ， 耳 机 是 用 来 听 音 乐 ， 打 电 话 的 ， 既 然 是 和 声 音 相 关 的 ，那 么 耳 机 线 上 传 输 的 就 是 音 频 信 号 ， 常 见 的 音 频 信 号 一 般 都 是 在10Hz10KHz左 右 的 范 围 内 ， 那 么 手 机 里 面 的 音 频 输 出 系统 （ DA和 音 频 功 放 ） 的 幅 频 特 性 （ 也 既 带 宽 ） 一 定 也 是 在 这 个范 围 （ 这 是 本 人 的 猜 想 ， 由 于 设 备 和 仪 器 有 限 ， 没 有 进

7、 行 系 统 的测 试 ， 有 兴 趣 的 朋 友 可 以 用 相 关 的 测 试 仪 器 测 测 ） 那 么 ， 既 然 有 带 宽 ， 好 家 伙 ， 我 们 就 可 以 通 过 努 力 在 这 个 频 带 内实 现 我 们 的 通 信 信 道 了 ！ 另 外 值 得 提 的 一 点 是 ， 耳 机 线 上 传 输 的音 频 信 号 是 交 流 的 ！ 下 面 我 们 来 看 看 市 面 上 常 见 的 耳 机 座 （ 公 头 ） 的 引 脚 定 义 ，android手 机 上 用 的 耳 机 大 多 都 是 3.5m的 四 芯 座 ， 在 这 四 个芯 中 ， 分 别 是 ： 地 、 左

8、 声 道 、 右 声 道 和 线 控 开 关 （ MIC） ， 而 这四 芯 的 排 列 常 见 的 有 如 下 两 种 ： 1、 国 家 标 准 2、 国 际 标 准 国 际 标 准 耳 机 座 MIC和 GND和 国 内 标 准 是 反 的 ， 其 它 的 一样 ！ 不 难 发 现 有 了 左 右 声 道 ， 向 外 设 扩 展 头 供 电 和 发 送 数 据 就 有 了 相应 通 信 线 路 的 支 持 ， 另 外 有 了 MIC这 个 打 电 话 时 输 入 说 话 的 信号 通 道 ， 那 么 手 机 接 收 数 据 也 有 了 硬 件 通 道 的 支 持 了 ！ 三 、 如 何 调

9、 制 数 据 说 到 信 号 的 调 制 解 调 ， 很 多 人 都 会 想 到 收 音 机 ， 没 错 ， 收 音 机之 所 以 能 听 到 千 里 之 外 的 歌 声 ， 正 是 利 用 了 电 磁 波 作 为 传 输 媒介 ， 将 声 源 的 信 号 通 过 特 定 的 调 制 加 载 到 电 磁 波 上 ， 然 后 传 输 到 广 阔 的 空 间 里 的 ， 无 线 电 的 调 制 有 调 幅 （ AM） 、 调 频 （ FM）和 调 相 （ PM） 三 种 ， 而 调 制 又 有 模 拟 调 制 和 数 字 调 制 之 分 ， 模拟 调 制 就 是 把 模 拟 信 号 （ 比 如 人

10、 说 话 的 声 音 ） 直 接 加 载 到 电 磁 波上 ， 使 得 电 磁 波 的 某 一 特 性 随 着 声 源 的 变 化 而 变 化 ； 而 数 字 调 制是 近 现 才 发 展 起 来 的 ， 特 别 是 DSP（ 没 错 ， 就 是 数 字 信 号 处 理 ）技 术 的 发 展 ， 数 字 调 制 中 的 FM有 2FSK(2进 制 调 制 )、 4FSK（ 4进 制 调 制 ） 、 8FSK（ 8进 制 调 制 ） 等 等 。 由 于 在 数 字 系 统 中 ， 使 用 的 是 0、 1表 示 的 二 进 制 数 据 ， 在 这里 ， 我 使 用 了 2FSK来 作 为 信 号

11、 的 调 制 。 3.1 何 为 2FSK 2FSK按 字 面 的 英 语 全 称 是 ： 2(binary system) Frequency-shift keying（ 二 进 制 频 移 键 控 ） ， 就 是用 二 进 制 里 的 0、 1来 控 制 载 波 的 频 率 ， 从 而 达 到 通 信 的 目 的 ！例 如 ： 我 们 用 1ms长 、 1KHz的 正 弦 信 号 来 代 表 二 进 制 里 的 1；用 1ms长 、 2KHz的 正 弦 来 代 表 二 进 制 里 的 0； 那 一 连 串 的1KHz、 2KHz的 信 号 解 调 出 来 就 是 一 连 串 的 0和 1，

12、 这 样 是 不是 达 到 了 我 们 想 要 的 二 进 制 调 制 的 目 的 了 ？ 下 面 我 们 来 看 一 张 更 加 形 像 的 gif动 画 图 3.2 android下 实 现 2FSK（ 纯 软 件 调 制 ） 要 实 现 2FSK， 首 先 我 们 得 在 android系 统 下 面 获 得 一 个 基准 的 正 弦 信 号 发 生 器 ， 有 了 这 个 基 准 的 正 弦 信 号 发 生 器 ， 只 要 给它 一 个 二 进 制 量 （ 0 or 1） ， 就 可 改 变 输 出 频 率 ， 从 而 达 到 我 们想 要 的 信 号 调 制 目 的 。 下 面 直

13、接 上 图 了 ， 经 过 调 制 后 的 信 号 输 出 波 形 图 ： （ 黄 色 的 是 实际 输 出 波 型 、 红 色 方 波 是 我 后 来 P上 去 的 对 应 二 进 制 数 据 ） 这 是 我 定 义 的 通 信 协 议 头 的 一 部 分 是 ： 0x5A5 3.3 android下 音 频 播 放 相 关 android下 音 频 播 放 的 基 本 步 骤 如 下 ： 获 取 对 应 音 频 采 样 率 下 的 最 小 缓 冲 区 的 大 小 java view plaincopyprint? 1. public static int pwMinBuferSize =

14、AudioTrack.getMinBuferSize(EncoderCore.getPowerSuplySamplerate(), 2. AudioFormat.CHANEL_OUT_STEREO, 3. AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT); 1. AudioTrack.MODE_STATIC); 新 建 AudioTrack java view plaincopyprint? 2. AudioTrack pwAT = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, 3. EncoderCore.getPowerSuplySamplerate(), 4. AudioFormat.CHANEL_OUT_MONO, 5. AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT, 6. pwMinBuferSize*2, 将 缓 冲 区 中 的 音 频 数 据 写 入 音 频 播 放 线 程 并 设 置 左 右 声 道 音量 等 java view plaincopyprint? 1. pwAT.write(carierSignal, 0, Encode