基于USB息線的多路電話錄音系統

1概述
現在市場上的錄音系統大致可分為電話錄音卡和電話錄音盒兩種。電話錄音卡是以板卡的形式插入電腦主板插槽與主機連接的，安裝極為不便。大部分的錄音卡為PCI插槽形式，不僅價格昂貴，而且受計算機插槽數量、地址及中斷資源的限制，可擴展性較差。尤其是在電磁干擾較強的環(huán)境中，無法專門對其作電磁屏蔽，容易導致數據丟失，使聲音失真。電話錄音盒一般為外置式設備，通過接口線直接接入計算機外置接口，使用非常方便；但是，計算機提供的接口畢竟有限，傳統的串并口都是點對點連接，即一個接口只能支持一個設備，而且串并口一般不能滿足系統的實時性要求。在這種情況下，采用USB作為錄音系統的接口，是一個相當好的選擇。設計一種基于USB接口技術的電話錄音系統，不儀充分利用USB規(guī)范的各種優(yōu)越條件，很好地解決了上述問題，而且具有支持即插即用、使用方便的功能，市場前景廣闊。

本文闡述一種基于USB總線的多路電話錄音系統的實現方法，錄音系統采用高性能的混合信號微控制器芯片C8051F320作為控制器內核。該微控制器內部集成有USB控制器來控制USB的傳輸，簡化了系統硬件電路的設計；軟什方面利用Cygnal／Silicon Laboratories公司提供的USBXprcss軟件開發(fā)包進行PC端應用程序和微控制器端固件程序的編程。該方法充分利用已有資源，開發(fā)簡單，易于實現。錄音系統采用外置錄音盒的形式，連接在電腦的USB接口上，并連上要管理的電話線，即插即用，無須外接電源，可熱插拔，使用方便。錄音系統以軟硬件相結合的方式對電話進行錄音，并將錄音文件錄制于電腦硬盤，彌補了傳統電話錄音時問短、不便管理、聲卡采集器錄音不穩(wěn)定的缺陷。

2 系統的硬件實現
2.1 USB總線及C8051F320微控制器簡介
通用串行總線(USB)是近年來發(fā)展起來的一種新的總線接口技術，以其低成本、高速度、易擴展、支持熱插拔和即插即用等一系列優(yōu)點，獲得了迅猛發(fā)展。USB接口已經和串口／并口一樣，成為PC機的標準接口。USB2．0接口的最高傳輸速度可達480Mbps，遠遠高于傳統的串/并接口，可以滿足絕大部分情況下大數據最實時傳輸的要求。USB接口采用樹型拓撲結構，一個USB接口可以最多連接127個設備，由于單獨使用自己保留的中斷，因此基于USB的通信克服了通常串并口通信中遇到的IQR沖突問題。另外，USB接口支持熱插拔的特性，極大地方便了系統的開發(fā)凋試和實際應用；USB設備不需要單獨的電源，只需用計算機或集線器提供電源。
C8051F320是Cygnal公司推出的一款具有全速USB功能的混合信號Flash微控制器。芯片內部集成有2304字節(jié)的RAM和16KB的Flash存儲器；具有較快的處理速度和較大的存儲容量，而且具有在系統可編程的功能。實際上，C8051F320是一個完整的小型片上系統(SoC)。
C8051F320具有以下特點：
◇全速的USB2．O功能控制器；
◇可支持8個USB端點；
◇帶有l(wèi)KB的USB緩沖存儲器；
◇內部集成了USB接口的數據收發(fā)器，設計中無需外部上拉電阻；
◇具有高速增強性805lMCU內核，該MCU內核采用流水線式指令結構，處理速度可達25MIPS(時鐘頻率為25MHz時)。
基于上述特點，錄音系統采用了C8051F320微控制器芯片。

2．2 系統的硬件構成
錄音系統實現四路電話同時錄音。系統總體框架如圖l所示。

錄音盒內部為以C8051F320微控制器芯片為核心的單片機系統；通過USB電纜與主機連接；微控制器芯片的P0～P3四個端口用于輸入電話線路產生的直流信號，以獲取電話線路的狀態(tài)；P4～P7四個端口用于輸入電話線路產生的交流信號，即語音信號，然后通過A／D轉換器轉換為數寧信號，作為USB傳輸的錄音數據。
系統所采用的A／D轉換器為C805lF320微控制器內部集成，具有10位精度，最高采樣率可達200ksps。

3 系統的軟件實現
系統的軟件基于Silicon Laboratories公司提供的USBXpress軟件開發(fā)包開發(fā)設計，USBXpress通過動態(tài)鏈接庫和庫函提供應用程序接口。由于USBXpress已提供有設備的驅動程序，因而，開發(fā)的主要任務是下位機固件程序和上位機應用程序的開發(fā)。

3.1 USBXpress軟件開發(fā)包
USBXpress軟件開發(fā)包包括Windows公司設備驅動程序、INF驅動安裝文件、主機接口函數庫(以WindowsDLL的形式提供)以及設備固件接口函數庫。

通過這些主機和設備接口函數，即可方便地進行主機應用程序和設備端固件程序的編制了。

3．2 設備固件程序的實現
系統選擇Keil C作為固件開發(fā)環(huán)境，并采用C語言和匯編語言相結合的方式。
固件程序把有關USB功能的固件設計成完全的中斷驅動，ISR(中斷服務程序)和后臺主程序的數據交換通過事件標志和數據緩沖區(qū)來進行。主循環(huán)負責初始化I／O口、定時器和中斷以及重新連接到USB總線，然后檢測事件標志來對各種事件進行處理。其中后臺程序采用C51高級語言編寫，A／D轉換完成中斷子程序采用ASM51匯編語言編寫。
固件程序調用USBXpress提供的固件接口函數來實現通過USB傳輸數據的功能，定義一個中斷號為16的中斷服務函數以響應USB中斷。該ISR以如下形式調用：

固件程序的主要工作是通過A／D轉換使接入的4路電話模擬信號轉換為數字信號，以便于傳輸及存儲。程序采用定時器0溢出啟動A／D轉換的方式，依次以一定的采樣速率(11 025 kbps)對交流通道(通道l、2、3、4，語音信號)采樣，并每間隔一定時間對直流通道(通道5、6、7、8，電話狀態(tài))進行采樣。A／D轉換完成中斷子程序用匯編語言編寫，其大致框架為：

3.3 上位機應用程序的設計
系統選用Visual C++6．0進行上位機應用程序的開發(fā)。程序采用多線程的思想，主線程為用戶界面線程，負責應用程序與用戶的交互；另外開辟一個工作線程，用于USB數據的傳輸。應用程序首先通過USBXpress提供的接口函數F32x_GetNumDevices()來取得當前連接的USB設備數。然后，根據獲得的標識號利用接口函數F32x_Open()打開相應設備，并獲得設備的句柄作為USB設備的標識。該句柄在程序巾是獨一無二的。這樣，就可以調用F32x_Read()和F32x_Write()接口函數來讀／寫設備，控制數據的傳輸。為了準確讀取錄音數據，USBX-press提供了接口函數F32x_CheckRXQueue()來返回設備接收隊列中的字節(jié)數，以確保錄音數據的無差錯傳輸。錄音數據以PCM的格式存儲在電腦硬盤中。

結語
該電話錄音系統基于Silicon Laboratories公司提供的USBXpress軟件開發(fā)包開發(fā)設計。開發(fā)調試簡單、快捷，實現了四路電話同時錄音，錄音清晰，并實現了電話監(jiān)聽功能。通過對基于USB的多路電話錄音系統的調試測試，證明了它不僅實現了基本的錄音功能，達到了很好的錄音效果，而且克服了以往傳統方法的缺陷，實現了真正意義上的即插即用，極大地方便了用戶使用。