基于微控制器和RTL8019AS芯片實(shí)現(xiàn)音頻峰值采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

廣播信號(hào)經(jīng)節(jié)目制作播出、信號(hào)傳送、發(fā)射等環(huán)節(jié)，最終在聽眾用戶端收聽，其中各個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)工作狀態(tài)都會(huì)對(duì)最終的播出質(zhì)量產(chǎn)生影響。為全面監(jiān)測廣播信號(hào)播出過程中多個(gè)環(huán)節(jié)的信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)對(duì)高周信號(hào)和低周信號(hào)（音頻基帶信號(hào)）的音頻峰值進(jìn)行監(jiān)測，就要求音頻峰值監(jiān)測終端對(duì)廣播信號(hào)播出端、發(fā)射端以及解調(diào)后的音頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測。一般電臺(tái)的制作播出端、發(fā)射端、監(jiān)測控制端不在同一地點(diǎn)。以上海為例：制作播出在虹橋路廣播大廈；發(fā)射端在東方明珠電視塔；監(jiān)測中心在北京路外灘。最好的監(jiān)測方法就是各地點(diǎn)分別采集，再通過內(nèi)部的局域網(wǎng)將采集的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測中心集中分析處理。

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(hào)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(hào)，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(shí)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(hào)可以為平衡音頻信號(hào)：

三級(jí)運(yùn)放電路為負(fù)波形反相電路，當(dāng)信號(hào)正相時(shí)，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(hào)的正相電壓部分。

當(dāng)信號(hào)負(fù)相時(shí)，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(hào)的負(fù)相電壓部分。

所以經(jīng)過第三級(jí)運(yùn)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(hào)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=ADCl；

while（ADOlNT==O）;／／等待ADC0數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束

ADOINT=0；

adc0=ADCOH；

}

}

3 網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)要點(diǎn)

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(shí)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(huì)消耗單片機(jī)大量時(shí)間資源。以往的經(jīng)驗(yàn)表明會(huì)出現(xiàn)連接不可靠或斷開的情況。

②有大量的、實(shí)時(shí)的、長時(shí)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(shí)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(chǔ)存條目。沒有找到空白的lP地址

／／儲(chǔ)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(qǐng)求包，發(fā)送ARP請(qǐng)求回應(yīng)

）

ARP協(xié)議會(huì)定時(shí)訪問ARP存儲(chǔ)緩沖，如果緩沖中的條目生命時(shí)間到達(dá)，ARP協(xié)議會(huì)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(huì)因?yàn)闀r(shí)間而移去。

void age arp_cache（void）{

UCHARi；

for（i=0；i

／／目的地址的ARP條目不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間而移去

if（arp_cache．ipaddr！=udp_dest_ipaddr_rw）{

if（（arp_cache．ipaddr！=0）＆＆（arp_cache．

timer））{

arp cache．timer一一;

／／生命時(shí)間到達(dá)．條目的IP地址項(xiàng)清零

if（arp_cache．timer==O）arp_

cache．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。

4 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(diǎn)，滿足了廣播監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中長時(shí)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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