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基于C805lF020微控制器和RTL8019AS芯片实现音频峰值采集系统的设计方案

来源: elecfans
2021-06-23
类别:工业控制
eye 14
文章创建人 拍明

原标题:基于微控制器和RTL8019AS芯片实现音频峰值采集系统的设计方案

  广播信号经节目制作播出、信号传送、发射等环节,最终在听众用户端收听,其中各个环节的系统工作状态都会对最终的播出质量产生影响。为全面监测广播信号播出过程中多个环节的信号质量,同时对高周信号和低周信号(音频基带信号)的音频峰值进行监测,就要求音频峰值监测终端对广播信号播出端、发射端以及解调后的音频信号进行监测。一般电台的制作播出端、发射端、监测控制端不在同一地点。以上海为例:制作播出在虹桥路广播大厦;发射端在东方明珠电视塔;监测中心在北京路外滩。最好的监测方法就是各地点分别采集,再通过内部的局域网将采集的数据传送到监测中心集中分析处理。

  1 原理框图

  C8051F020是美国Silicon Laboratories公司生产的8051系列完全集成的混合信号ISP Flash微控制器。

  基于C805lF020的音频峰值采集终端输人平衡音频信号,经减法电路、增益调整电路、负波形反相电路、检波电路、射极跟随电路和分压电路,最终利用单片机内部的8位和12位A/D转换器,可以一次采集16路音频峰值数据。C8051F020单片机将峰值数据和GPS(全球定位系统)时间打包为应用层数据,再通过UDP层、IP层和以太网层协议,最终打包为以太网包,通过以太网接口芯片RTL8019AS将数据发送到局域网上。原理框图如图1所示。

  

基于微控制器和RTL8019AS芯片实现音频峰值采集系统的设计


  


  2 峰值采集电路分析

  音频峰值采集电路的输入部分为减法电路,如图2所示。输入信号可以为平衡音频信号:

  


  三级运放电路为负波形反相电路,当信号正相时,Dl导通,电路表现为电压跟随器电路:V3=V2+其中,V2+是V2信号的正相电压部分。

  当信号负相时,D2导通,电路表现为反相比例放大器电路特性,假设R9=R10=10 kΩ则:

  


  其中,V2是V2信号的负相电压部分。

  所以经过第三级运放以后:V3=V2+一V2一

  二极管D3采用检波二极管,与电容C5组成检波电路;电阻R12、R13和R14为电压调零网络;R15和R16组成的分压电路将信号范围调整进了C8051F020的A/D转换的电压范围。模数转换子程序如下:

  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;//选择ADC0/ADCl的输人端口

  AMXlSL=i:

  ADOBUSY=1:

  ADClCN=A13(21CN 1 0x10:

  while((ADClCN&0x20)==O);//等待ADCl数据转换结束

  ADClCN=ADClCN&0xDF:

  adcl=ADCl;

  while(ADOlNT==O);//等待ADC0数据转换结束

  ADOINT=0;

  adc0=ADCOH;

  }

  }

  3 网络传送技术要点

  网络传送部分主要负责将采样后的音频峰值信息以及采集时间,通过以太网将数据发送到目标PC机进行数据处理。应用层协议如表1所列。

  


  应用层协议调用UDP.C将应用层数据打包成UDP包,并绑定目标地址发送。使用UDP传送方式主要基于以下考虑:

  ①TCP要求目标端连接,方式复杂,会消耗单片机大量时间资源。以往的经验表明会出现连接不可靠或断开的情况。

  ②有大量的、实时的、长时间的音频峰值数据发送,UDP方式更适合这种应用。

  一般指定的目标地址为IP地址,要得到目标机器的以太网地址,需要ARP协议(地址解析协议)的支持。以下是接收到ARP包后的处理程序:

  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,如果有则更新入口和重

  //启时间

  if(arp一》dest_ipaddr!=my_ipaddr)return;//目标地址

  //不指向自己,返回

  //找空白的IP地址储存条目。没有找到空白的lP地址

  //储存条目,找到最旧的条目并替换。找不到最旧的条

  //目,不替换

  if(arp一》message_type==ARP_RESPONSE){//收到

  //ARP回应包

  //如果本机处于等待ARP回应状态,回应的IP是要等待

  //的IP地址

  if((waiting_for_arp)&&(wait.ipaddr==arp一》

  Source_ipaddr)){

  waiting_for_arp=FALSE;//清除等待标志

  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请求包,发送ARP请求回应

  )

  ARP协议会定时访问ARP存储缓冲,如果缓冲中的条目生命时间到达,ARP协议会将该条目删除。为了保证数据发送目标地址的硬件地址不被移去,程序中硬性规定ARP缓冲中目的地址的ARP条目不会因为时间而移去。

  void age arp_cache(void){

  UCHARi;

  for(i=0;i

  //目的地址的ARP条目不会因为时间而移去

  if(arp_cache.ipaddr!=udp_dest_ipaddr_rw){

  if((arp_cache.ipaddr!=0)&&(arp_cache.

  timer)){

  arp cache.timer一一;

  //生命时间到达.条目的IP地址项清零

  if(arp_cache.timer==O)arp_

  cache.ipaddr=01

  }

  }

  }

  }

  网络传送的硬件部分由C8051F020和RTL8019AS组成,构成10M以太网接口。以太网和IP地址可通过串口配置保存在Flash中,C8051F010上电后将以太网地址传送给RTL8019AS。RTL8019AS初始化后完成以太网层数据包的接收和发送。

  4 结 语

  基于C8051F020单片机的音频峰值采集终端具有高稳定性和网络传输的特点,满足了广播监测网络中长时间、不间断和远距离的要求,目前已成功应用到广播监测网络中。


责任编辑:David

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