C8051F020的音频峰值采集和网络传送

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。

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：

   将R2、R3、R4、R5取为相等阻值，则可以得到：

       V1=V+—V-

   
   二级运放电路为反相比例放大器，可以调整信号的增益：

    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[i]=ADCl；

while(ADOlNT==O);    ／／等待ADC0数据转换结束

ADOINT=0；

adc0[i]=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<CACHESIZE}i++){

／／目的地址的ARP条目不会因为时间而移去

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;

／／生命时间到达．条目的IP地址项清零

    if(arp_cache[i]．timer==O)arp_

cache[i]．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。

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。