C8051F020的音頻峰值采集和網(wǎng)絡(luò)傳送
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1 原理框圖
C8051F020是美國Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的8051系列完全集成的混合信號ISP Flash微控制器。
基于C805lF020的音頻峰值采集終端輸人平衡音頻信號，經(jīng)減法電路、增益調(diào)整電路、負(fù)波形反相電路、檢波電路、射極跟隨電路和分壓電路，最終利用單片機(jī)內(nèi)部的8位和12位A／D轉(zhuǎn)換器，可以一次采集16路音頻峰值數(shù)據(jù)。C8051F020單片機(jī)將峰值數(shù)據(jù)和GPS(全球定位系統(tǒng))時間打包為應(yīng)用層數(shù)據(jù)，再通過UDP層、IP層和以太網(wǎng)層協(xié)議，最終打包為以太網(wǎng)包，通過以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS將數(shù)據(jù)發(fā)送到局域網(wǎng)上。原理框圖如圖1所示。
2 峰值采集電路分析
音頻峰值采集電路的輸入部分為減法電路，如圖2所示。輸入信號可以為平衡音頻信號：
將R2、R3、R4、R5取為相等阻值，則可以得到：
V1=V+—V-
二級運放電路為反相比例放大器，可以調(diào)整信號的增益：
三級運放電路為負(fù)波形反相電路，當(dāng)信號正相時，Dl導(dǎo)通，電路表現(xiàn)為電壓跟隨器電路：V3=V2+其中，V2+是V2信號的正相電壓部分。
當(dāng)信號負(fù)相時，D2導(dǎo)通，電路表現(xiàn)為反相比例放大器電路特性，假設(shè)R9=R10=10 kΩ則：
其中，V2是V2信號的負(fù)相電壓部分。
所以經(jīng)過第三級運放以后：V3=V2+一V2一
二極管D3采用檢波二極管，與電容C5組成檢波電路；電阻R12、R13和R14為電壓調(diào)零網(wǎng)絡(luò)；R15和R16組成的分壓電路將信號范圍調(diào)整進(jìn)了C8051F020的A／D轉(zhuǎn)換的電壓范圍。模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序如下：
void ADC0_and_ADCl(unsigned char xdata*adc0，unsigned
char xdata*adcl){
unsigned char i；
ADOINT=0：
ADClCN=ADClCN & 0xDF：
for(i=0；i<8；i++){
AMXOSL=i；／／選擇ADC0／ADCl的輸人端口
AMXlSL=i：
ADOBUSY=1：
ADClCN=A13(21CN 1 0x10：
while((ADClCN＆0x20)==O)；／／等待ADCl數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束
ADClCN=ADClCN＆0xDF：
adcl[i]=ADCl；
while(ADOlNT==O); ／／等待ADC0數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束
ADOINT=0；
adc0[i]=ADCOH；
}
}
3 網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)要點
網(wǎng)絡(luò)傳送部分主要負(fù)責(zé)將采樣后的音頻峰值信息以及采集時間，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。應(yīng)用層協(xié)議如表1所列。
應(yīng)用層協(xié)議調(diào)用UDP．C將應(yīng)用層數(shù)據(jù)打包成UDP包，并綁定目標(biāo)地址發(fā)送。使用UDP傳送方式主要基于以下考慮：
①TCP要求目標(biāo)端連接，方式復(fù)雜，會消耗單片機(jī)大量時間資源。以往的經(jīng)驗表明會出現(xiàn)連接不可靠或斷開的情況。
②有大量的、實時的、長時間的音頻峰值數(shù)據(jù)發(fā)送，UDP方式更適合這種應(yīng)用。
一般指定的目標(biāo)地址為IP地址，要得到目標(biāo)機(jī)器的以太網(wǎng)地址，需要ARP協(xié)議(地址解析協(xié)議)的支持。以下是接收到ARP包后的處理程序：
void arp_rcve(UCHAR xdata*inbuf){
／／是否收到有效的ARP包
／／查看是否有已收到的IP地址，如果有則更新入口和重
//啟時間
if(arp一>dest_ipaddr!=my_ipaddr)return；／／目標(biāo)地址
／／不指向自己，返回
／／找空白的IP地址儲存條目。沒有找到空白的lP地址
／／儲存條目，找到最舊的條目并替換。找不到最舊的條目，不替換
if(arp一>message_type==ARP_RESPONSE){／／收到
／／ARP回應(yīng)包
／／如果本機(jī)處于等待ARP回應(yīng)狀態(tài)，回應(yīng)的IP是要等待
／／的IP地址
if((waiting_for_arp)＆&(wait．ipaddr==arp一>
Source_ipaddr)){
waiting_for_arp=FALSE；／／清除等待標(biāo)志
ip_send(waic buf．wait．ipaddr，wait．pmto_id,wait．len)；
}
}
else if(arp一>message_type==ARP_REQUEST){
arp_send(arp一>source_hwaddr，arp一>source_ipad—dr，ARP_RESPONSE)；
}
／／如果收到ARP請求包，發(fā)送ARP請求回應(yīng)
ARP協(xié)議會定時訪問ARP存儲緩沖，如果緩沖中的條目生命時間到達(dá)，ARP協(xié)議會將該條目刪除。為了保證數(shù)據(jù)發(fā)送目標(biāo)地址的硬件地址不被移去，程序中硬性規(guī)定ARP緩沖中目的地址的ARP條目不會因為時間而移去。
void age arp_cache(void){
UCHARi；
for(i=0；i ／／目的地址的ARP條目不會因為時間而移去 if(arp_cache[i]．ipaddr!=udp_dest_ipaddr_rw){ if((arp_cache[i]．ipaddr!=0)＆＆(arp_cache[i]． timer)){ arp cache[i]．timer一一; ／／生命時間到達(dá)．條目的IP地址項清零 if(arp_cache[i]．timer==O)arp_cache[i]．ipaddr=01 } } } } 網(wǎng)絡(luò)傳送的硬件部分由C8051F020和RTL8019AS組成，構(gòu)成10M以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)和IP地址可通過串口配置保存在Flash中，C8051F010上電后將以太網(wǎng)地址傳送給RTL8019AS。RTL8019AS初始化后完成以太網(wǎng)層數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送。 結(jié) 語 基于C8051F020單片機(jī)的音頻峰值采集終端具有高穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶攸c，滿足了廣播監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中長時間、不間斷和遠(yuǎn)距離的要求，目前已成功應(yīng)用到廣播監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中。
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