CN101170309A - 便携式usb数字音频处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式USB数字音频处理设备，包括中央控制模块、调频接收模块、USB传输模块、多路复用器和电源模块。中央控制模块中通过三线总线端口输出数据控制调频接收模块，使其接收指定频点的FM广播节目，输出立体声模拟音频信号。多路复用器轮流切换左右两声道的模拟音频信号，输出至模数转换器，实现从模拟音频信号到数字信号的转换。中央控制模块利用八位数据/命令复用端口向USB传输模块收发数据和命令，实现由USB客户端向USB主机端的数据交互。在计算机端，通过驱动程序模块，从USB端口读取数据，然后利用相应的应用软件，在扬声器中播放FM广播节目。同时利用应用软件，还可以对接收到的调频广播节目进行录音、编辑和压缩。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种可对音频信号进行接收与处理的装置，具体地说是一种利用嵌入式技术，接收调频广播，将模拟音频信号转化为数字信号，通过USB端口传输至计算机，然后播放的音频处理处理设备。
二、技术背景
FM(Frequency Modulation-调频)广播由于其普及程度广，收听方式便利，音质效果好等特点，成为了大众广泛接受并喜爱的一种休闲娱乐方式。电台节目在不同的年龄层次中都能找到知音，这便意味着无论在何种细分人群中，FM接收机都有自己广阔的市场。目前市场上主要存在两大类型的FM接收机，一种是传统的FM收音机，另一种是具有FM接收功能的手机和MP3，但是它们都仅能接输出模拟音频信号，如果用户遇到喜爱的节目想要把它录音、编辑、保存，之前的两种FM接收机就力不从心了。因此，需要一种设备，能把接收到的FM广播的模拟音频数字化，然后传给计算机，借助计算机强大的多媒体能力，对FM广播进行编辑和处理。
三、发明内容
为了克服个人计算机不能接收调频广播的缺点，本发明提供一种嵌入式调频接收机，该装置能接收全球各频段内的FM广播节目，通过USB端口传输至电脑，然后利用声卡输出音频信号。
本发明通过以下技术方案来实现：
便携式USB(通用串行总线)数字音频处理设备分为中央控制模块、调频接收模块和USB传输模块。装置工作时，利用调频接收模块接收FM广播，通过模数转换器把模拟音频信号转换为数字信号。USB传输模块支持USB协议，可以通过USB接口与外部主机进行相关命令和数据的通信，将模数转换后的音频信号传送至计算机。中央控制模块负责控制调频广播的接收频率、模数转换采样频率和USB通讯控制。
本发明中音频播放功能的实现还需要计算机端相应的驱动程序支持。计算机上的驱动程序实现如下功能：通过操作系统中的驱动程序模块，向嵌入式USB音频处理设备发送命令，指定需要接收的FM广播频率，然后从USB端口读取来自嵌入式USB音频处理设备的数据，存入音频缓冲区；利用相应的应用软件，读取缓冲区内的数据，然后将数据传输至计算机声卡，在扬声器中播放FM广播节目。同时利用应用软件，还可以对接收到的调频广播节目进行录音、编辑和压缩。
本发明的有益效果是：可以使计算机接收、播放、编辑并存储调频广播节目，同时具有音质好、低功耗、低成本、体积小等特点。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的调频接收模块的电路原理图；
图3是本发明的USB传输模块的电路原理图；
图4是本发明的中央控制模块的电路原理图；
图5是本发明的多路复用器和电源模块的电路原理图；
图中1.中央控制模块，2.调频接收模块，3.USB传输模块，4.多路复用器，5.电源模块，6.输入/输出端口单元，7.定时器单元，8.模数转换器单元，9.中断控制单元，10.八位数据/命令复用单元，11.三线总线(3-wire bus)单元，12.立体声音频输出单元，13.中断请求单元，14.高速并行接口单元，15.USB数据信号流，16.计算机。
五、具体实施方式
一种本发明所述的嵌入式USB音频处理设备，包括中央控制模块1、调频接收模块2、USB传输模块3、多路复用器4和电源模块5。中央控制模块1中的输入/输出端口单元6产生特定时序的高低电平，发送控制信号至调频接收模块2的三线总线单元11，以设定调频接收模块2需要接收的调频信号频率。正常工作时，调频接收模块2由立体声音频输出单元12输出左右两声道的模拟音频信号。定时器单元7产生占空比为50％的方波，控制多路复用器4轮流切换左右两声道的模拟音频信号，输出至模数转换器单元8，实现从模拟音频信号到数字信号的转换。模数转换器单元8的工作频率为定时器单元7工作频率的2倍。中央控制模块1利用八位数据/命令复用单元10向USB传输模块3发送数据和命令，实现由USB客户端向USB主机端的数据发送；当有数据或命令从USB主机端发往USB客户端时，USB传输模块3产生一个中断请求，发往中断控制单元9，中央控制模块1应答此中断请求，利用八位数据/命令复用单元10与USB传输模块3通信，从而接受来自USB主机端的数据。电源模块5为嵌入式USB音频处理设备提供3.3V的工作电压。
图1中，箭头表示数据传输方向。
图2为本发明的调频接收模块2的电路原理图，采用Philips公司的TEA5767HL芯片构成高灵敏性、低噪声的射频输入接收电路。其内置的FM解调器可以省去外部鉴频器，并且FM的中频选择性可在芯片内部完成，外接32.768KHz的振荡器产生参考时钟。TEA5767HL可以通过编程控制在两种频段(87.5～108MHZ和76～91MHZ)间切换，通过三线总线端口11，可以直接指定需要接收的频点，输出立体声音频信号。
图3为本发明的USB传输模块3的电路原理图，采用Philips公司的PDIUSBD12芯片。其完全符合USB规范，具有工业级操作温度(-40℃～+85℃)，片内集成320字节的多结构FIFO存储器，可与任何外接微控制器/微处理实现高速并行接口13，实现高达2Mbit/sec的访问速度，在批量模式和同步模式下均可实现1Mbit/sec的数据传输速率。通过微控制器端的固件编写，PDIUSBD12可以完成所有的USB枚举操作，同时利用多中断模式实现批量和同步传输，具有掉电和信号恢复接口。PDIUSBD12将USB设备端的数据转换成差分电平信号，通过USB接口与计算机16通信。
图4为本发明的中央控制模块1的电路原理图，采用ATMEL公司生产的ATmega32L芯片。其采用先进的RISC结构，具有32K字节的系统内可编程Flash，1024字节的EEPROM，2K字节片内SRAM；同时具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程，实现真正的同时读写操作。输入/输出端口单元6为3个独立的可编程的I/O口，通过程序与调频接收模块2上的三线总线端口11交换数据；定时器单元7为一个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，控制多路复用器4轮流输出立体声音频输出单元12的左、右声道音频信号；模数转换器单元8是一个可编程增益(1x，10x，或200x)的差分通道ADC，具有0.5 LSB的非线性度和±2 LSB的绝对精度，完成对多路复用器4输出的音频信号的模数转换；中断控制单元9响应来自USB传输模块3的请求，然后利用八位数据/命令复用单元10与USB传输模块3的高速并行接口单元14之间传递数据。
图5为本发明的电源模块5的电路原理图。其直接接收USB端口提供的5V电压，然后转换为3.3V，或者直接使用3.3V电源，供给嵌入式USB音频处理设备。
Claims (4)
1.一种便携式USB数字音频处理设备，其特征是：由中央控制模块(1)、调频接收模块(2)、USB传输模块(3)、多路复用器(4)和电源模块(5)组成，USB传输模块(3)支持USB规范，可以通过USB接口与外部计算机进行数据通信，配合相关应用程序，可使计算机接收、播放、存储和编辑FM广播节目。
2.根据权利要求1所述的便携式USB数字音频处理设备，其特征是：中央控制模块(1)中，输入/输出端口单元(6)输出数据控制调频接收模块(2)，定时器单元(7)控制多路复用器(4)轮流输出立体声音频输出单元(12)的左、右声道音频信号，模数转换器单元(8)对此信号进行模数转换；中断控制单元(9)响应来自USB传输模块(3)的请求，然后利用数据/命令复用单元(10)与USB传输模块(3)的高速并行接口单元(14)之间传递数据。
3.根据权利要求1所述的便携式USB数字音频处理设备，其特征是：调频接收模块(2)中，通过三线总线单元(11)接收来自中央控制模块(1)的数据，确定需要接收的FM广播频率，由立体声音频输出单元(12)输出模拟音频信号。
4.根据权利要求1所述的便携式USB数字音频处理设备，其特征是：USB传输模块(3)中，通过高速并行接口单元(14)与中央控制模块(1)交换数据和命令，然后把数据和命令转换成USB协议定义的差分电平信号，通过USB端口发往计算机(16)。
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