CN104301521B - 一种基于手机音频接口的调制方式、通信电路及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机音频接口的通信电路，包括MCU和通信处理单元，其可通过接头直接与手机音频接口相连，所用到的器件除MCU外仅仅包含一比较器、一电子开关以及几个电阻电容；电子开关的使用，使得通信处理单元模仿耳麦的方式工作，从硬件上保证通信单元与手机的兼容性。此外，本发明还公开了上述通信电路的通信方法，具体包括数据帧的封装与解封、信号的编码与解码、信号的输入与输出；特有的为改善由于不同手机其音频接口内部硬件电路差异造成的通信兼容性问题，一套简易可靠的波形复原算法被提出并使用，依据信号特征复原出理想的信号，极大的提高了通信的准确性与稳定性。

Description

一种基于手机音频接口的调制方式、通信电路及其通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于手机音频接口的调制方式、通信电路及其通信方法。

背景技术

计算机技术的迅猛发展，手机的智能特性越来越高，使得手机被人们广泛使用，并且已成为人们随身携带设备中最为常见的设备之一。随着云计算、云存储等技术的发展，手机作为连接云端的设备，在人们的日常生活中起到越来越重要的地位，给人们的生活带来极大便利。

手机的性能提升非常明显，使得以手机为基础而开发的应用也越来越多，而以手机为核心桥接外部设备而组成物联网的形式也越趋成熟，手机充当的角色不仅是一种通信工具，而且也是信息处理与数据处理中心。手机设备与外部设备进行数据传递需要数据通信接口，手机常使用的数据通信接口包括蓝牙、WiFi、USB等。

蓝牙、WiFi等是无线方式，即手机设备与外部设备之间不需要数据线就可以进行通信，但是需要外设具有蓝牙或WiFi功能，这样就要求外设有专门的蓝牙芯片或WiFi芯片，且通信要遵循蓝牙或WiFi规范，综合影响是成本高、通信复杂。USB方式是有线方式，需要USB数据线进行传输，一般手机是作为从设备，这就要求外设要作为USB主设备，才可以与手机通信，这样会导致外设需要使用专用的USB-Host芯片或其MCU具有USB-Host功能，综合影响依然是成本高、通信复杂。若是让手机作为主设备而外设作为从设备，就需要手机USB的OTG(On-The-Go)功能，但是并非是所有手机的USB接口都具有这一功能，并且即使这样也需要外设有专门的USB功能，成本高，通信复杂。

音频接口是手机设备最基本的接口，99.99％以上的手机都有音频接口，且一般都是3.5mm音频接口，非常规范，利用这一接口，可以很方便且以较低成本实现手机与外设的数据交换。公开号为CN203149650U的中国专利公开了一种采用音频接口进行通信的安全支付认证装置，其中MCU利用音频接口通信部分使用了音频编解码模块，即使用专用的音频编解码芯片，成本高且通信复杂。公开号为CN102646175A的中国专利公开了一种使用音频信号通讯的安全认证设备及认证方法，使用的是移频键控通信方式，即用两个不同的频率分别承载二进制“1”和“0”，但是这种方式对于MCU来说解调比较麻烦，需要识别两个不同的频率，同时，若在传输过程中频率发生变化，会较容易给解码带来误差。

通信中实时性较好的通信方式是数字通信，通常以调幅或调相方式出现。手机音频接口是给音频设备使用的，是模拟信道，即作为模拟信号传输通道，因此很多设计是采用调频方式来通过音频接口通信，而手机解码时要识别出不同频率，往往采取FFT(FastFourierTransformation，快速傅里叶变换)或自相关方法，这样的方法需要先获取一段数据才开始计算，计算量较大，手机负荷较重，且实时性不够好。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于手机音频接口的调制方式、通信电路及其通信方法，能够实现外设与手机稳定、可靠、简单、实时性足够好的通信。

一种基于手机音频接口通信的调制方式，其通过改变手机音频接口的MIC引脚与接地引脚之间的外接阻抗，将要传输的信号调制到MIC引脚自身信号上。

基于上述调制方式，本发明提出一种基于手机音频接口的通信电路，包括：外设MCU和通信处理单元；

所述的外设MCU是外设(外部设备)的处理控制核心，其通过通信处理单元与手机音频接口连接；所述的通信处理单元用于对手机与外设MCU之间传输的信号进行调理整形以及信号调制；

所述的通信处理单元包括一比较器、一电容、一开关和两个电阻R1～R2；其中，电容的一端与手机音频接口的左声道引脚或右声道引脚相连，另一端与比较器的正相输入端相连，比较器的反相输入端接给定的参考电平，比较器的输出端与外设MCU的外部中断引脚连接，电阻R1的一端与手机音频接口的MIC(麦克风)引脚和开关的一端相连，开关的另一端与电阻R2的一端相连，开关的控制端与外设MCU的信号输出引脚相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端、手机音频接口的接地引脚和外设MCU的接地引脚通过地线共连。

优选的，所述的电容选取为容值比较小的电容，对手机扬声器左/右声道输出信号进行隔直处理，手机扬声器输出信号幅度较小，采用较小容值的电容具有较好的效果。

优选地，所述的比较器采用具有迟滞特性的比较器，或在普通比较器的基础上，将比较器的输出端反馈至正向输入端，使其具有一定的迟滞特性，这样可以消减由于输入信号微小干扰造成的输出信号的抖动，大大提高抗干扰能力。

优选的，所述的电阻R1阻值不超过10KΩ为宜，部分手机需要靠MIC引脚与接地引脚之间的阻抗来识别是否外接麦克风设备，只有识别外接了麦克风设备，才可保证手机可以从音频接口获取MCU传输过来的信号。

优选地，所述的电阻R2阻值为电阻R1阻值的1～4倍，避免给手机MIC引脚造成较大的变化电平导致手机内部对MIC引脚电平采样前的运放进入深度饱和状态。

所述的开关隔离MCU与手机音频接口的输入引脚(即MIC引脚)，MCU输出信号并不直接加载到MIC引脚上，而是通过开关的通断改变手机音频接口上MIC引脚与接地引脚之间跨接的电阻，来改变MIC引脚上的电平，实现将要传递的信号调制到MIC引脚自身电平上，达到间接传递信号的效果；开关要求工作在线性区且线性度良好，并且响应时间短，即快速响应，可选用常见的BJT(BipolarJunctionTransistor，双极结型晶体管)，例如9014、8550等，或模拟开关、光耦等。

优选的，手机与外设MCU之间传输的信号频率取为1～2KHz较为适宜，此频段范围内手机音频接口内部处理电路线性特性较好，对信号响应较好。

上述基于手机音频接口的通信电路的通信方法，如下：

手机与外设MCU之间以数据帧的形式进行信号传输，每一数据帧从头至尾依次包括预处理符、帧头、数据包和帧尾；帧头和帧尾均采用1字节大小的标志码01111110；

外设MCU向手机传输数据时：首先，将二进制形式的数据封装成数据帧的形式；然后，对每一数据帧中数据包内的二进制比特流进行0比特插入；最后，对每一数据帧进行曼彻斯特编码，得到方波形式的码流信号，并将该码流信号依次通过信号输出引脚、通信处理单元和MIC引脚传输至手机；

手机接收外设MCU传输的数据时：首先，对外设MCU发送的码流信号进行采样，并对采样信号进行抑失真还原处理，使其复原成方波形式的码流信号；然后，对复原后的码流信号进行曼彻斯特解码，将其还原成一长串二进制比特流；最后，利用状态机解析出每一数据帧中数据包内的二进制比特流并对其进行0比特删除，最终得到二进制形式的数据；

手机向外设MCU传输数据时：首先，将二进制形式的数据封装成数据帧的形式，并对每一数据帧中数据包内的二进制比特流进行0比特插入；然后，对每一数据帧进行曼彻斯特编码，得到方波形式的码流信号；最后，对该码流信号进行采样得到音频流信号并写入音轨中，进而将该音频流信号依次通过声道引脚(左声道/右声道)、通信处理单元和外部中断引脚传输至外设MCU；

外设MCU接收手机传输的数据时：首先，利用通信处理单元中的比较器将手机发送的音频流信号还原成方波形式的码流信号；然后，对该码流信号进行曼彻斯特解码，将其还原成一长串二进制比特流；最后，利用状态机解析出每一数据帧中数据包内的二进制比特流并对其进行0比特删除，最终得到二进制形式的数据。

外设MCU对码流信号进行曼彻斯特解码时，采用中断方式判别出码流信号中每一跳变沿的类型，并辅以定时器来求得相邻两个跳变沿之间的脉宽，进而根据所述的类型和脉宽，以将码流信号还原成一长串二进制比特流。

手机或外设MCU对每一数据帧中数据包内的二进制比特流进行0比特插入，具体方法为：当数据包内的二进制比特流连续出现五个1，则在其后自动添加一个0。

手机或外设MCU利用状态机解析每一数据帧中数据包内的二进制比特流并对其进行0比特删除，具体过程如下：

首先，构建状态机，该状态机包括以下八种状态：未知状态、0状态、01状态、011状态、0111状态、01111状态、011111状态、0111111状态；

然后，将解码后还原成的长串二进制比特流依次导入状态机中的未知状态；

未知状态若收到1，则继续接收下一位数码；若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；

0状态若收到0，则继续接收下一位数码；若收到1，则转入01状态由其继续接收下一位数码；

01状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入011状态由其继续接收下一位数码；

011状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入0111状态由其继续接收下一位数码；

0111状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入01111状态由其继续接收下一位数码；

01111状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入011111状态由其继续接收下一位数码；

011111状态若收到0，则剔除该位数码并转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入0111111状态由其继续接收下一位数码；

0111111状态若收到0，则溢出并转入未知状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入未知状态由其继续接收下一位数码；

最后，对于任一数据帧，当状态机第一次溢出表明其接收到帧头，再一次溢出表明其接收到帧尾，状态机截取帧头与帧尾之间存留下来的二进制比特流即为数据包内的二进制比特流。

所述的抑失真还原处理的具体过程如下：

(1)取采样信号第一个采样点作为当前点，以当前点作为起始，对其后nT时长范围内的所有采样点进行搜索，T为一比特的传输时间即T＝1/baud，baud为波特率，n为实数且1≤n≤1.5，一般取1.2～1.3；

若寻找上升沿，则从该时长范围内搜索出其中的第i采样点且满足以下关系式，并使该采样点对应作为上升沿；

S_i≥mH_max且S_i-1＜mH_max

若寻找下降沿，则从该时长范围内搜索出其中的第i采样点且满足以下关系式，并使该采样点对应作为下降沿；

S_i≤mH_min且S_i-1＞mH_min

其中：S_i和S_i-1分别为该时长范围内第i采样点和第i-1采样点对应的采样值，H_max和H_min分别为为该时长范围内所有采样点的最大采样值和最小采样值，m为设定的比例系数且0.5＜m＜1，一般取0.7～0.9；

(2)使前一次搜索到的采样点作为当前点，并根据步骤(1)执行搜索；若前一次确定的是上升沿，则当前次寻找下降沿，若前一次确定的是下降沿，则当前次寻找上升沿，直至确定出采样信号的所有跳变沿，并使其复原成方波形式的码流信号。

本发明基于手机音频接口的通信电路具有极大的通用性；音频接口是所有手机都具有的标准接口，并且已有国际标准文件和中国国家标准文件对其进行了详细规定，所有手机制造商制造的手机，其音频接口必定要遵守标准；MCU也是外设中最为常见的器件，并且是外设的核心。同时利用本发明通信方法可以实现手机与外设之间极为简单且可靠、便捷的通信，既使得外设通过手机作为中间媒介快速接入互联网、实现各种云功能，也极大的扩展了手机的应用，利用手机的智能特性管理、丰富生活，且本发明可快速应用于移动支付领域、运动健康领域、医疗监护领域等。

附图说明

图1为本发明通信电路的结构示意图。

图2为比较器对手机输出信号进行转换的波形示意图。

图3为曼彻斯特编码的示意图。

图4(a)为MCU输出码流信号的波形示意图。

图4(b)为MCU控制麦克风引脚上产生的信号的波形示意图。

图5为数据帧的格式示意图。

图6为状态机的示意图。

图7为MCU编码过程的流程示意图。

图8为抑制失真还原处理的流程示意图。

图9为对手机采样失真波形进行复原的对比示意图。

具体实施方式

为了更为具体的描述本发明，下面结合附图即具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明基于音频接口的手机与外设通信电路，包括外设MCU、从手机端向外设传输信号的通信单元以及外设向手机传输信号的通信单元；其中：

外设MCU是外设的处理与控制核心，而通信仅要求MCU具有一个能识别出中断类型的外部中断源引脚以及一个可作为普通输出的引脚。若没有一个能识别中断类型的外部中断源引脚，可用两个外部中断源引脚代替，其中一个用来识别上升沿中断，一个用来识别下降沿中断；或者两个都作为识别同一类型的中断(上升沿中断或下降沿中断)，但是在其中一个之前加一个反相器即可将中断类型改变(上升沿中断变成下降沿中断)，也可以达到识别出所有中断类型的效果。

从手机端向外设传输信号的通信单元，包括信号调理电路以及信号转换电路。其中：

信号调理电路是将手机端由音频接口扬声器通道输出的信号进行调理。本实例中，由于手机经过音频接口扬声器通道输出方波信号时易出现振铃现象，对于后续处理有很强的负面影响，因而让手机通过音频接口扬声器通道输出信号为经过编码的正弦波形式的码流信号。信号调理电路由一电容C1构成，电容C1一端连接手机音频接口的扬声器的左声道(或右声道)，另一端连接信号转换单元的输入端，电容C1主要作用是对手机音频接口扬声器输出信号进行隔直处理，避免输出信号的直流分量进入后续信号转换电路。

信号转换电路是将手机端由音频接口扬声器输出信号转换成MCU易于处理的数字信号(即方波形式的信号)，如图2所示。本实例中，信号转换电路由一比较器构成，比较器的输入端是手机端输出信号经过信号调理电路调理过后的信号，比较器将其转换成方波输出，输出端连接至外设MCU的外部中断源引脚上。比较器需要参考电平，因为已经经过调理电路的隔直处理，所以参考电平可以选取为零电平，也可以将输入信号抬高一定的电压差，同时参考电平也选取为这个抬高的电压值。为了增强抗干扰性，可以引入正反馈，即将输入接入比较器的同相输入端，同时将输出通过一反馈电阻引回至同相输入端，这样可以消减输入信号上微小干扰造成的输出信号的抖动。

信号转换电路输出信号为方波形式的码流信号。本实例中选取曼彻斯特编码，编码示意图如图3所示，编码后的波形有且仅有有宽脉冲和窄脉冲，且宽脉冲宽度是窄脉冲度的两倍，因此，MCU只要识别出脉冲宽度即可进行解码。MCU识别脉冲宽度需要首先识别出中断，并判断相邻中断持续的时间。因此，将信号转换电路输出信号接至MCU的外部中断源引脚，在有电平跳变的地方，MCU即可捕获，高电平跳到低电平即为下降沿中断，低电平跳到高电平即为上升沿中断。同时，MCU开启一定时器，定时一个较小的时间作为单位时间，定时器中断次数即反映时间长。依据中断类型与相邻中断见定时器中断次数，可以对曼彻斯特码流信号进行解码。

手机的音频接口的接地引脚与MCU的接地引脚相连，即手机内部地与MCU的地接在一起，有共同的参考电平，保证信号的正确性。

MCU向手机端传输数据，需要先将要传输的数据变成二进制数据后并按照一定的编码方式进行编码后才输出。本实例中编码方式选取为曼彻斯特编码，编码原理如图3所示。对编码后的数据，采用定时器辅助输出，即要输出一段高电平时，先将输出引脚置为高电平，并开启定时器，定时时间为脉冲宽度，等定时器中断时将输出引脚电平翻转，同时设置下一个要输出脉冲的定时时间。按照此方式，可依次输出欲输出数据的各个bit，在输出引脚产生方波形式的码流，如图4(a)所示。

外设向手机端传输信号的通信单元，由控制开关S1以及电阻R1、R2组成。控制开关S1由连接引脚J1、J2以及控制引脚C构成，在控制引脚C上加持高低变化的电平时(即数字信号)会使控制开关出现导通与关断的变化。其中：电阻R1一端接手机音频接口的麦克风引脚，另一端接手机音频接口的接地引脚；电阻R2一端接手机音频接口的接地引脚，另一端接控制开关S1的连接引脚J1；控制开关的连接引脚J1接电路R2一端，连接引脚J2接手机音频接口的麦克风引脚，控制引脚C接MCU的输出引脚。

MCU输出的码流信号加持在控制开关S1上的控制引脚C上。由麦克风工作原理，手机端会在音频接口麦克风引脚上提供一定的直流电平，若将手机音频接口麦克风与地之间等效为带内阻的电压源，则麦克风引脚上的电平是麦克风引脚与接地引脚外接电阻上的分压，此电平会随着麦克风引脚与接地引脚之间的电阻的变化而变化，因为当控制开关S1通断变化时，麦克风引脚与接地引脚之间的等效电阻发生变化，导致麦克风引脚上的电平跟随着变化。当C上为高电平时，开关S1导通，电阻R2接入手机音频接口的麦克风引脚与接地引脚之间，导致麦克风引脚与接地引脚之间的等效电阻变小，其分压也变小，因而麦克风引脚上的电平会变低，当C上位高电平时，开关S1关断，电阻R2未接入麦克风引脚与接地引脚之间，麦克风引脚维持初始电平。因此，麦克风引脚电平随着MCU输出电平作同步但反向变化，相当于给手机音频接口麦克风上加持了要传输的码流信号，如图4(b)所示。

本实施方式中，我们参照HDLC方式设计出我们通信数据链路层数据帧，帧格式如图5所示；我们采用面向比特的通信方式，即以数据帧为传输单位，每个帧前、帧后有一个标志码01111110(0x7E)，用作帧的起始与终止。其中，预处理符为几个字节的0xAA，是为避免帧头0x7E的丢失。数据包是有具体应用产生的，对数据包编码时要进行“0bit插入法”处理，解码时要进行“0bit删除法处理”，即在发送端监视除标志码之外的所有字段，当发现有连续5个比特“1”出现时，在其后添加一个“0”，然后继续发后继的比特流；在接收端，同样监视除起始标志码之外的所有字段，当连续出现5个“1”后，其后若是“0”则自动删除，以恢复出原来的比特流。接收端第一次收到01111110时认为是帧的起始，开始按照上述方法监视比特流，当再一次收到01111110时则认为是帧的结束，帧开始与结束之间的比特流则是数据包。

MCU端编码设计是将应用层数据包按照通行设计中的帧格式封装并输出，分为两步，其一是封装，添加预处理符、帧头，对数据包进行“0比特插入法”填充，添加帧尾；其二是曼彻斯特编码并输出。我们利用定时器作为辅助，将封装好的数据帧从MCU普通输出引脚以曼彻斯特编码形式输出。具体做法是定时器定时间隔为每一bit传输时间的一半，即每间隔半个比特传输时间时发生定时器中断，依据要输出的比特位对输出引脚置高或置低，流程如图7所示。

手机输出的曼彻斯特编码后的信号经比较器整形后输送到MCU，MCU需要对码流信号解码并从中解析出数据包信息。对此也是分为两步，一是从码流信号中恢复出每一位，二是从比特流中找出数据包并还原。

观察曼彻斯特编码信号可以发现，编码前的每一比特对应于编码后的一个跳变，该跳变记为有效跳变；编码后的码流信号中只有宽脉冲和窄脉冲，且宽脉冲宽度是窄脉冲宽度的两倍，宽脉冲的两个边沿都是有效的跳变，对应两个编码之前的比特位；窄脉冲只有一个边沿是有效的跳变。因此，识别出跳变类型，以及跳变位置，就可以将码流复原成比特流。

对此，我们采用中断方式并以定时器作为辅助来实现。定时器定时时间间隔为一个很小的时间单元，定时器中断次数代表时间长度。比较器输出信号直接接到MCU外部中断源引脚上，当此中断源发生中断请求时MCU响应此请求，判断跳变类型，并依据相邻外部中断发生时定时器中断的次数来判断脉冲的宽度，以确定跳变的位置，恢复出比特流。

恢复出的比特流是通信设计中的帧格式，对此我们采用状态机从中解析出数据包。状态机如图6所示，主要功能是识别出标志码01111110，以及“0bit删除法”。对比特流依次流入状态机，第一次收到01111110时表示接收到帧头，再一次收到01111110时表示接收到帧尾，对帧头和帧尾间经过状态机存留下来的比特流即是数据包的比特流，每8位复原成一字节，可恢复出数据包信息。

手机端输出是从手机音频接口输出，必须使用音频输出方式，具体办法依赖于使用的手机平台。以Android平台为例，需要对要输出的码流采样得到音频输出流，将该流写入音轨里面。包含四步，其一是将数据包封装成数据帧，其二是对数据帧的每一比特进行曼彻斯特编码得到输出码流，其三是将码流进行采样得到音频输出流，其四是将音频输出流写入到音轨里。

手机端解码设计同MCU端解码设计类似，需要获取码流，将码流还原成比特流，对比特流采用状态机解析出数据包。与MCU解码不同的是，其一：手机端并没有中断的方式来识别码流，而是只能对码流采样，得到采样数据，并且几乎所有手机都支持44.1KHz的音频通道采样频率，这也是实际手机应用中默认使用的采样频率；其二：不同手机音频接口差异性较大，采样得到的数据相比于原始码流有着不同程度的失真，有的手机的失真非常严重，对解码造成很大障碍。对此，我们对解码做了两方面的调整，其一是依据相邻采样点的幅度变化来判断跳变类型，相邻跳变之间的采样点数来判断脉冲宽度，以确定跳变位置；其二是设计了一种对失真信号进行复原的算法，即将采样得到的数据复原成原始码流。

对失真信号复原算法的依据依然是信号自身的特征：对称性与周期性。对称性是指波峰与波谷的幅度对称性良好，周期性是指峰谷出现的位置规律性良好。假定1比特传输时间为T，宽脉冲宽度为T，窄脉冲宽度为T/2，具体的说，2T内必然至少有一个波峰和一个波谷，波峰后的T～1.5T内，必然有一个波谷，波谷后的1～1.5T内，必然有一个波峰。按照上述特征，可以对失真信号进行复原。

实际上我们对每个脉冲进行复原，如果找到正脉冲的起始，那么就在它后面的1～1.5T内找波谷，这个波谷有且仅有一个，找到之后取波谷的80％作为阈值，从正脉冲起始开始依次对每个采样点的值与该阈值进行比较，当第一次出现采样点值小于该阈值时，将该采样点标记为该正脉冲的结束，同时也是下一个脉冲(负脉冲)的开始，从它开始向后的1～1.5T内找波峰(有且仅有一个)，取波峰的80％作为阈值，从负脉冲起始开始依次对每个采样点的值与该阈值进行比较。如此循环下去，对每一个脉冲进行恢复。算法流程如图8所示，假定通信波特率为1378.125bps，则每bit传输时间为T＝1/1378.125s＝725.6us，按照手机44.1KHz采样频率，则手机对每bit采样得到32个采样点，找到每个脉冲起始后向后的1.25T(即40采样点)进行搜索。图9是利用该算法对某款Android手机采样失真波形进行复原的对比图。

Claims (9)

1.一种基于手机音频接口的通信电路，包括外设MCU和通信处理单元；其特征在于：

所述的外设MCU是外设的处理控制核心，其通过通信处理单元与手机音频接口连接；所述的通信处理单元用于对手机与外设MCU之间传输的信号进行调理整形以及信号调制；

所述的通信处理单元包括一比较器、一电容、一开关和两个电阻R1～R2；其中，电容的一端与手机音频接口的左声道引脚或右声道引脚相连，另一端与比较器的正相输入端相连，比较器的反相输入端接给定的参考电平，比较器的输出端与外设MCU的外部中断引脚连接，电阻R1的一端与手机音频接口的MIC引脚和开关的一端相连，开关的另一端与电阻R2的一端相连，开关的控制端与外设MCU的信号输出引脚相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端、手机音频接口的接地引脚和外设MCU的接地引脚通过地线共连。

2.根据权利要求1所述的通信电路，其特征在于：所述的比较器采用具有迟滞特性的比较器。

3.根据权利要求1所述的通信电路，其特征在于：所述的电阻R1阻值不超过10KΩ。

4.根据权利要求1所述的通信电路，其特征在于：所述的电阻R2阻值为电阻R1阻值的1～4倍。

5.一种如权利要求1～4任一权利要求所述的通信电路的通信方法，如下：

手机与外设MCU之间以数据帧的形式进行信号传输，每一数据帧从头至尾依次包括预处理符、帧头、数据包和帧尾；帧头和帧尾均采用1字节大小的标志码01111110；

外设MCU向手机传输数据时：首先，将二进制形式的数据封装成数据帧的形式；然后，对每一数据帧中数据包内的二进制比特流进行0比特插入；最后，对每一数据帧进行曼彻斯特编码，得到方波形式的码流信号，并将该码流信号依次通过信号输出引脚、通信处理单元和MIC引脚传输至手机；

手机接收外设MCU传输的数据时：首先，对外设MCU发送的码流信号进行采样，并对采样信号进行抑失真还原处理，使其复原成方波形式的码流信号；然后，对复原后的码流信号进行曼彻斯特解码，将其还原成一长串二进制比特流；最后，利用状态机解析出每一数据帧中数据包内的二进制比特流并对其进行0比特删除，最终得到二进制形式的数据；

手机向外设MCU传输数据时：首先，将二进制形式的数据封装成数据帧的形式，并对每一数据帧中数据包内的二进制比特流进行0比特插入；然后，对每一数据帧进行曼彻斯特编码，得到方波形式的码流信号；最后，对该码流信号进行采样得到音频流信号并写入音轨中，进而将该音频流信号依次通过声道引脚、通信处理单元和外部中断引脚传输至外设MCU；

外设MCU接收手机传输的数据时：首先，利用通信处理单元中的比较器将手机发送的音频流信号还原成方波形式的码流信号；然后，对该码流信号进行曼彻斯特解码，将其还原成一长串二进制比特流；最后，利用状态机解析出每一数据帧中数据包内的二进制比特流并对其进行0比特删除，最终得到二进制形式的数据。

6.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于：外设MCU对码流信号进行曼彻斯特解码时，采用中断方式判别出码流信号中每一跳变沿的类型，并辅以定时器来求得相邻两个跳变沿之间的脉宽，进而根据所述的类型和脉宽，以将码流信号还原成一长串二进制比特流。

7.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于：手机或外设MCU对每一数据帧中数据包内的二进制比特流进行0比特插入，具体方法为：当数据包内的二进制比特流连续出现五个1，则在其后自动添加一个0。

8.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于：手机或外设MCU利用状态机解析每一数据帧中数据包内的二进制比特流并对其进行0比特删除，具体过程如下：

首先，构建状态机，该状态机包括以下八种状态：未知状态、0状态、01状态、011状态、0111状态、01111状态、011111状态、0111111状态；

然后，将解码后还原成的长串二进制比特流依次导入状态机中的未知状态；

未知状态若收到1，则继续接收下一位数码；若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；

0状态若收到0，则继续接收下一位数码；若收到1，则转入01状态由其继续接收下一位数码；

01状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入011状态由其继续接收下一位数码；

011状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入0111状态由其继续接收下一位数码；

0111状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入01111状态由其继续接收下一位数码；

01111状态若收到0，则转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入011111状态由其继续接收下一位数码；

011111状态若收到0，则剔除该位数码并转入0状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入0111111状态由其继续接收下一位数码；

0111111状态若收到0，则溢出并转入未知状态由其继续接收下一位数码；若收到1，则转入未知状态由其继续接收下一位数码；

最后，对于任一数据帧，当状态机第一次溢出表明其接收到帧头，再一次溢出表明其接收到帧尾，状态机截取帧头与帧尾之间存留下来的二进制比特流即为数据包内的二进制比特流。

9.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于：所述的抑失真还原处理的具体过程如下：

(1)取采样信号第一个采样点作为当前点，以当前点作为起始，对其后nT时长范围内的所有采样点进行搜索，T为一比特的传输时间即T＝1/baud，baud为波特率，n为实数且1≤n≤1.5；

若寻找上升沿，则从该时长范围内搜索出其中的第i采样点且满足以下关系式，并使该采样点对应作为上升沿；

S_i≥mH_max且S_i-1＜mH_max

若寻找下降沿，则从该时长范围内搜索出其中的第i采样点且满足以下关系式，并使该采样点对应作为下降沿；

S_i≤mH_min且S_i-1＞mH_min

其中：S_i和S_i-1分别为该时长范围内第i采样点和第i-1采样点对应的采样值，H_max和H_min分别为为该时长范围内所有采样点的最大采样值和最小采样值，m为设定的比例系数且0.5＜m＜1；

(2)使前一次搜索到的采样点作为当前点，并根据步骤(1)执行搜索；若前一次确定的是上升沿，则当前次寻找下降沿，若前一次确定的是下降沿，则当前次寻找上升沿，直至确定出采样信号的所有跳变沿，并使其复原成方波形式的码流信号。