1  原理框圖

    C8051F020是美國Silicon Laboratories公司生產的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(shù)據(jù)。C8051F020單片機將峰值數(shù)據(jù)和GPS(全球定位系統(tǒng))時間打包為應用層數(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，Dl導通，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。

  
    當信號負相時，D2導通，電路表現(xiàn)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為電壓調零網(wǎng)絡；R15和R16組成的分壓電路將信號范圍調整進了C8051F020的A／D轉換的電壓范圍。模數(shù)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(shù)據(jù)轉換結束

ADClCN=ADClCN＆0xDF：

adcl[i]=ADCl；

while(ADOlNT==O);    ／／等待ADC0數(shù)據(jù)轉換結束

ADOINT=0；

adc0[i]=ADCOH；

    }

}

3  網(wǎng)絡傳送技術要點

    網(wǎng)絡傳送部分主要負責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PC機進行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，會消耗單片機大量時間資源。以往的經驗表明會出現(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

)

    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，ARP協(xié)議會將該條目刪除。為了保證數(shù)據(jù)發(fā)送目標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<CACHESIZE}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．條目的IP地址項清零

    if(arp_cache[i]．timer==O)arp_

cache[i]．ipaddr=01

    }

    }

    }

}

    網(wǎng)絡傳送的硬件部分由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  語

    基于C8051F020單片機的音頻峰值采集終端具有高穩(wěn)定性和網(wǎng)絡傳輸?shù)奶攸c，滿足了廣播監(jiān)測網(wǎng)絡中長時間、不間斷和遠距離的要求，目前已成功應用到廣播監(jiān)測網(wǎng)絡中。