【新年花灯】手机耳机口能量采集驱动MCU和LED灯

tagetage

【新年花灯】手机耳机口能量采集驱动MCU和LED灯 [复制链接]

前言：
手机的3.5mm耳机孔是一个存在很久的外设接口，虽然现在部分手机取消了这个外设，但还是有相当一部分手机有这个外设，这个外设也有它自己的特色，比如接口简单，不需要电池，音频没有延迟等特点。今天我就采集这个耳机口的能量驱动MCU和LED灯。这个麦克风也是一个输入设备，要是能配合对应的软件可以实现数据的传输。
一，耳机插入检测

我找了一个四段的耳机插头插入手机，发现手机屏幕并没有检测到，经过测试是麦克风到地线之间必须有一个负载才可以让手机检测到。我就在麦克风到地线之间接了不同的电阻测试。并测量了接电阻后这个电阻两端的电压。
 4.7K-----1.839V-----手机能检测到
  10K-----2.299V-----手机能检测到
  20K-----2.435V-----手机能检测到
  47K-----手机不能检测到
 100K-----手机不能检测到

现在的手机用耳机都是四段结构。有2个标准。
OMTP标准：OMTP的毫米接口，插针接法是左声道→右声道→麦克风→地线。
CTIA标准：CTIA的毫米接口，插针接法是左声道→右声道→地线→麦克风。
我的手机是CTIA标准。

二，MCU选择
电阻负载在4.7K到20K之间，能获得的电压是1.83-2.4V之间，现在的MCU绝大部分低压MCU的工作电压是1.8-3.6V。所以能获得的电流是1.839V/4.7K大约等于400uA。这对于一些低功耗MCU来说足够了。这里我选择专业的低功耗单片机MSP430F2013。

MSP430F2013介绍
德州仪器（TI）MSP430系列超低功耗微控制器包含多种器件，它们具有面向多种应用的不同外设集。种架构与5种低功耗模式相组合，专为在便携式测量应用中延长电池的使用寿命而优化。该器件具有一个强大的16位RISC CPU，16位寄存器和有助于获得最大编码效率的常数发生器。数字控制振荡器（DCO）可在不到1μs的时间里完成从低功耗模式至运行模式的唤醒。

MSP430F2013是一个具有内置16位时钟和10个I /O针脚的超低功率混合信号微控制器。除此之外，MSP430F2013有一个使用同步协议（SPI或I2C）的内置通信组件和一个16位的三角积分（Sigma-Delta）A /D转换器。
典型应用包括传感器系统，此类系统负责捕获模拟信号，将之转换为数字值，随后对数据进行处理以进行显示或传送至主机系统。独立射频（RF）传感器前端属于另外的应用域。

特性
低电源电压范围：1.8 V至3.6 V
超低功耗
运行模式：220μA（在1MHz频率和2.2V电压条件下）
待机模式：0.5μA
关断模式（RAM保持）：0.1μA
5种节能模式。
可在不到1μs的时间里超快速地从待机模式唤醒。
16位RISC架构，62.5ns指令周期。
基本时钟模块配置：
高达16 MHz的内部频率并具有4种浮动范围在±1％之内的校准频率。
内部超低功耗低频振荡器。
32-kHz晶体晶体振荡器不能在温度超过105°C的环境中工作。
外部数字时钟信号源。
具有两个捕捉/比较寄存器的16位时钟_A。
16位三角积分（Sigma-Delta）A /D转换器。
具有差动PGA输入和内反射ADC最高工作温度105°C。
支持SPI和I2C的通用串行接口（USI）。
欠压检测器。
串行上编程时，无需外部编程电压，由安全熔丝（Security Fuse）对可编程代码进行保护
具有Spy-Bi-Wire接口的片上仿真逻辑电路。
2KB + 256B闪存; 128B RAM。

开发板：

电路板

电路：
为了MCU工作的稳定，在VCC和GND增加了100uF电容。单片机工作在VLO模式超低功耗下，主频MCLK = VLO/8 约等于1.5kHz，LED不闪时工作电流小于1uA。

代码：

#include <msp430.h>

int main(void)
{
  volatile unsigned int i;                  // Volatile to prevent removal
  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watchdog timer
  BCSCTL3 |= LFXT1S_2;                      // LFXT1 = VLO
  IFG1 &= ~OFIFG;                           // Clear OSCFault flag
  __bis_SR_register(SCG1 + SCG0);           // Stop DCO
  BCSCTL2 |= SELM_3 + DIVM_3;               // MCLK = LFXT1/8
  P1DIR = 0xFF;                             // All P1.x outputs
  P1OUT = 0;                                // All P1.x reset
  P2DIR = 0xFF;                             // All P2.x outputs
  P2OUT = 0;                                // All P2.x reset

  for (;;)
  {
    P1OUT |= 0x01;                          // P1.0 set
    for (i = 2; i > 0; i--);               // Delay 
    P1OUT &= ~0x01;                         // P1.0 reset
    for (i = 100; i > 0; i--);             // Delay 
  }
}

视频：

led

 

oxlm_1

这个有没有可能直接拿耳机输出点灯，比如能量转换成亮度之类的

tagetage

oxlm_1 发表于 2025-2-5 11:59 这个有没有可能直接拿耳机输出点灯，比如能量转换成亮度之类的

耳机输出的电压只有几十mV，电流有几mA到几十mA，直接接到LED是点不亮的，必须通过变压器升压，用耳机输出采集能量好几年前有人做过了，比如3.5mm接口的拉卡啦就是这个方案，我做的这个以前没人做过。

oxlm_1

tagetage 发表于 2025-2-5 12:24 耳机输出的电压只有几十mV，电流有几mA到几十mA，直接接到LED是点不亮的，必须通过变压器升压，用耳机输 ...

我记得耳机端子有输出标准，要求32欧负载时，输出幅度在120mV正负30mV的范围。倒是模拟mic只有十几毫伏的幅度。不过确实，这电压还不到发光二极管的导通电压，要有升压电路才能点亮

Chn

感谢楼主分享，请问下上图开发板右侧为什么要做插入式设计啊

tagetage

Chn 发表于 2025-2-5 14:40 感谢楼主分享，请问下上图开发板右侧为什么要做插入式设计啊

这个开发板是TI官方的开发板，插口为BSL 2线调试接口和VCC和GND。除了调试还可以下载程序。

tagetage

oxlm_1 发表于 2025-2-5 14:18 我记得耳机端子有输出标准，要求32欧负载时，输出幅度在120mV正负30mV的范围。倒是模拟mic只有十几毫伏的 ...

耳机输出能量采集我也做过，手机端要输出音频正弦波信号，手机音量还要开到最大，然后变压器升压整流稳压，也麻烦，不如我这个简单。

wangxi007

学习了

秦天qintian0303

这个创意不错啊