【蓝牙协议栈】精讲蓝牙PCM和URAT

前言

在蓝牙通信中，PCM和UART是两种不同的数据传输接口，用于连接蓝牙模块和其他设备。它们的作用和特点如下：

1. PCM（Pulse Code Modulation）

PCM：(pulse coded modulation)脉冲编码调制，是将模拟信号抽样量化，然后使已量化值变换成代码。通常pcm有4跟信号线：pcm－clk，pcm－sync，pcm－in，pcm－out。在使用pcm之前，应该配置好pcm接口。通常会设定frame sync，bit samples，tristate edge，pcm－sync，Enable GCI mode，Mute等等。市面上有很多codec，分单声道和立体声。举个例子，mc14583是一种单声道的codec，它的作用就是将从mic进来的模拟信号，转换成pcm－in信号，或者将pcm－out的信号变换为模拟信号从spk端输出。

PCM是一种用于传输模拟音频信号的数字编码方法。PCM接口通常用于音频数据的传输，特别是在蓝牙音频设备中。

1.1 主要特点：

• 音频传输：PCM接口用于传输音频信号，例如语音数据。蓝牙耳机、蓝牙音箱和其他音频设备常常使用PCM接口。
• 同步传输：PCM是同步传输接口，需要时钟信号来同步数据传输。
• 数据格式：PCM数据流通常包括时钟信号（CLK）、帧同步信号（FS）和数据信号（DATA）。
• 采样率和位深度：PCM音频数据可以有不同的采样率和位深度，如44.1kHz、16位等。

1.2 PCM基本工作原理：

脉冲调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程.

所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号.该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号.它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的.在该实验中,抽样速率采用8Kbit/s.

所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示.

一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值.

所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值.然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D.

PCM话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用"四舍五入"办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码.对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s.为解决均匀量化时小信号量化误差大,音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密,量化间隔小,而在大信号时分层疏,量化间隔大.

脉冲调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程。
一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值。PCM话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用"四舍五入"办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码.对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。
如下图PCM时序：

1.3 示例：

在蓝牙耳机中，音频数据可以通过PCM接口从蓝牙模块传输到数字信号处理器（DSP），然后经过解码、数字-模拟转换（DAC），最终输出到扬声器。

1.4 PCM

PCM：脉冲编码调制（pulse codemodulation）
是传输语音信号所使用的调制方式。
用途：传输通话时的语音信号。
硬件接口：

2. UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）

UART（通用异步收发传输器）是一种用于串行通信的硬件接口。UART接口常用于数据的异步串行传输，在蓝牙模块和主控制器之间传输控制指令和数据。

2.1 主要特点：

• 数据通信：UART用于传输数据和控制指令，常用于蓝牙模块与微控制器或其他主设备之间的通信。
• 异步传输：UART是异步传输接口，不需要时钟信号。数据传输通过起始位和停止位进行同步。
• 双向通信：UART支持全双工通信，即同时进行数据接收和发送。
• 常用速率：UART支持多种波特率，如9600、115200等。

2.2 示例：

在一个蓝牙模块和微控制器之间的通信中，UART接口用于传输控制命令（如蓝牙连接、断开、配对等）以及数据（如传感器数据）。

2.3 蓝牙硬件接口概述（以UART接口接出的芯片为例）

蓝牙与主控部分硬件接口比较简单，分三部分，如上图框图所示：
UART部分：串口，主要负责数据传输；有其他USB、SDIO、PC card等通信；
PCM部分：语言接口，用于通话时语音数据传输；
Power部分：也就是BT模块的电源控制部分，VDD2.8V、PDN、RST。
1、UART：通用异步收发传输器（UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter)
硬件接口比较简单，只有RX、DX。UART0用于trout芯片的debug：

是传输数据的接口，可以传输音频数据和文件数据。
1）、当通过蓝牙和别人互传文件时，就用UART传输。数据传输如下所示:AP通过uart把数据发送到bt芯片中，通过无线发射出去，对方接收到后传给AP侧处理。

2）、当用蓝牙耳机听音乐时，音频信号也由UART传输。
音乐数据通过uart 传送出去，对方耳机接收到后解码播放。如果是录音数据，则同样传回手机端存储。

3. 比较

特性	PCM	UART
主要用途	音频数据传输	数据和控制指令传输
传输类型	同步传输	异步传输
数据方向	单向或双向（取决于设计）	全双工
信号	CLK、FS、DATA	TX、RX
典型应用	蓝牙音频设备（耳机、音箱）	蓝牙模块与主控设备（微控制器、传感器等）

4. 结论

• PCM接口主要用于音频数据的传输，在蓝牙音频设备中广泛应用。
• UART接口主要用于数据和控制指令的传输，在蓝牙模块与微控制器或其他设备之间的通信中广泛应用。

理解这两种接口的作用和特点，有助于选择和设计蓝牙通信设备。