C8051F020的音頻峰值采集和網(wǎng)絡(luò )傳送

　　廣播信號經(jīng)節目制作播出、信號傳送、發(fā)射等環(huán)節，最終在聽(tīng)眾用戶(hù)端收聽(tīng)，其中各個(gè)環(huán)節的系統工作狀態(tài)都會(huì )對最終的播出質(zhì)量產(chǎn)生影響。為全面監測廣播信號播出過(guò)程中多個(gè)環(huán)節的信號質(zhì)量，同時(shí)對高周信號和低周信號(音頻基帶信號)的音頻峰值進(jìn)行監測，就要求音頻峰值監測終端對廣播信號播出端、發(fā)射端以及解調后的音頻信號進(jìn)行監測。一般電臺的制作播出端、發(fā)射端、監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；監測中心在北京路外灘。最好的監測方法就是各地點(diǎn)分別采集，再通過(guò)內部的局域網(wǎng)將采集的數據傳送到監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、增益調整電路、負波形反相電路、檢波電路、射極跟隨電路和分壓電路，最終利用單片機內部的8位和12位A／D轉換器，可以一次采集16路音頻峰值數據。C8051F020單片機將峰值數據和GPS(全球定位系統)時(shí)間打包為應用層數據，再通過(guò)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(guò)以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS將數據發(fā)送到局域網(wǎng)上。原理框圖如圖1所示。

{{分頁(yè)}}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，可以調整信號的增益：

    三級運放電路為負波形反相電路，當信號正相時(shí)，Dl導通，電路表現為電壓跟隨器電路：V3=V2+其中，V2+是V2信號的正相電壓部分。

  
    當信號負相時(shí)，D2導通，電路表現為反相比例放大器電路特性，假設R9=R10=10 kΩ則：

    其中，V2是V2信號的負相電壓部分。

    所以經(jīng)過(guò)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為電壓調零網(wǎng)絡(luò )；R15和R16組成的分壓電路將信號范圍調整進(jìn)了C8051F020的A／D轉換的電壓范圍。模數轉換子程序如下：

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數據轉換結束

ADClCN=ADClCN＆0xDF：

adcl[i]=ADCl；

while(ADOlNT==O);    ／／等待ADC0數據轉換結束

ADOINT=0；

adc0[i]=ADCOH；

    }

}{{分頁(yè)}}

3  網(wǎng)絡(luò )傳送技術(shù)要點(diǎn)

    網(wǎng)絡(luò )傳送部分主要負責將采樣后的音頻峰值信息以及采集時(shí)間，通過(guò)以太網(wǎng)將數據發(fā)送到目標PC機進(jìn)行數據處理。應用層協(xié)議如表1所列。

    應用層協(xié)議調用UDP．C將應用層數據打包成UDP包，并綁定目標地址發(fā)送。使用UDP傳送方式主要基于以下考慮：

    ①TCP要求目標端連接，方式復雜，會(huì )消耗單片機大量時(shí)間資源。以往的經(jīng)驗表明會(huì )出現連接不可靠或斷開(kāi)的情況。

    ②有大量的、實(shí)時(shí)的、長(cháng)時(shí)間的音頻峰值數據發(fā)送，UDP方式更適合這種應用。

    一般指定的目標地址為IP地址，要得到目標機器的以太網(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；／／目標地址

  ／／不指向自己，返回

  ／／找空白的IP地址儲存條目。沒(méi)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回應包

／／如果本機處于等待ARP回應狀態(tài)，回應的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

){{分頁(yè)}}

    ARP協(xié)議會(huì )定時(shí)訪(fǎng)問(wèn)ARP存儲緩沖，如果緩沖中的條目生命時(shí)間到達，ARP協(xié)議會(huì )將該條目刪除。為了保證數據發(fā)送目標地址的硬件地址不被移去，程序中硬性規定ARP緩沖中目的地址的ARP條目不會(huì )因為時(shí)間而移去。

void age arp_cache(void){

UCHARi；

for(i=0；i<CACHESIZE}i++){

／／目的地址的ARP條目不會(huì )因為時(shí)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(shí)間到達．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，構成10M以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)和IP地址可通過(guò)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)層數據包的接收和發(fā)送。

結  語(yǔ)

    基于C8051F020單片機的音頻峰值采集終端具有高穩定性和網(wǎng)絡(luò )傳輸的特點(diǎn)，滿(mǎn)足了廣播監測網(wǎng)絡(luò )中長(cháng)時(shí)間、不間斷和遠距離的要求，目前已成功應用到廣播監測網(wǎng)絡(luò )中。