CN103780350A - 基于音频接口的通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于音频接口的通信装置，包括：数据接收通道，与音频接口的左声道和/或右声道连接，接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后，输出第一通信数据；信号处理单元，与所述数据接收通道连接，对输入的所述第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写，并设置所述解码和转换的参数；信号发送通道，与所述信号处理单元连接，将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口的麦克风通道。通过软硬件技术相结合，在不对称数据带宽要求的场合中，能使用其中一个或两个音频通道传输通信数据，提高数据通信速率，通信数据传输速度快、误码率低。

Description

基于音频接口的通信装置及方法
技术领域
本发明属于数据通信领域，尤其涉及一种基于音频接口的通信装置及方法。
背景技术
目前，基于音频接口的数据传输装置，基本只使用一个音频通道进行数据通信，通信速率较低；有些在数据通道两端使用成对的硬件编解码器，硬件成本较高；还有一些使用纯软件处理实现低成本要求，通信效果并不理想。
发明内容
基于此，有必要针对基于音频接口的数据传输效率低、成本高的问题，提供一种传输效率高、成本低的基于音频接口的通信装置。
一种基于音频接口的通信装置，包括：
数据接收通道，与音频接口的左声道和/或右声道连接，接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后，输出第一通信数据；
信号处理单元，与所述数据接收通道连接，对输入的所述第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写，并设置所述解码和转换的参数；
信号发送通道，与所述信号处理单元连接，将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口的麦克风通道。
另外，还提供了一种基于音频接口的通信方法，包括以下步骤：
通过音频接口的左声道和/或右声道接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后输出第一通信数据，其中所述解码和转换的参数可调节；
对输入的所述第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写；
将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口的麦克风通道。
上述基于音频接口的通信装置及方法通过软硬件技术相结合，在不对称数据带宽要求的场合中，能使用其中一个或两个音频通道传输通信数据，提高数据通信速率，通信数据传输速度快、误码率低。
附图说明
图1是基于音频接口的通信装置模块图
图2是配置脉宽比较参考值Lx、Ly的示意图；
图3是预处理电路的原理图；
图4是信号发送通道的原理图；
图5是基于音频接口的通信方法的流程图；
图6是包含第一通信数据的输入信号的波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于音频接口的通信装置200，适合与具有音频接口100的电子设备进行数据通信，该通信装置200包括数据接收通道210、信号处理单元220和信号发送通道230。
数据接收通道210与音频接口100的左声道L和/或右声道R连接，接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后，输出第一通信数据；信号处理单元220与数据接收通道210连接，对输入的第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写，信号处理单元220可以设置数据接收通道210的解码和转换的参数，如此可以调节对第一通信数据的解码机制，如校验、纠错、通信速率、杂讯过滤等参数设置；信号发送通道230与所述信号处理单元220连接，将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口100的麦克风通道。
可以理解的是，对于通信装置200而言，第一通信数据为输入的通信数据，第二通信数据为输入到电子设备的通信数据。
另外，本实施例中，包含第二通讯数据的输出信号通过音频接口100发送到电子设备内部进行数据识别和处理，输出信号产生于一个或多个信号处理单元220的信号输出管脚，信号处理单元220依据所连接音频接口100匹配要求控制其中一个或多个信号输出管脚为输出状态，其它信号输出管脚为高阻状态，实现宽范围的参数匹配。
在一个实施例中，数据接收通道210包括预处理电路212和硬件解码电路214。预处理电路212与音频接口100的左声道L和/或右声道R连接，接收所述音频模拟信号进行预处理后输出方波信号，即将音频模拟信号转换成方波信号。硬件解码电路214与所述预处理电路212连接，对所述方波信号进行解码后输出包括所述第一通信数据的输入信号。
在一个实施例中，参考图3，预处理电路212包括隔直电容C2、上拉电阻R4、可调分压电阻R5、第一限流电阻R6、滤波电容C3、第二限流电阻R7以及比较器V1。隔直电容C2的一端与所述音频接口100的左声道L和/或右声道R连接，隔直电容C2的另一端通过所述上拉电阻R4接电源Vcc并通过所述可调分压电阻R5接地，隔直电容C2的另一端还与所述第一限流电阻R6的一端连接，所述第一限流电阻R6的另一端通过所述滤波电容C3接地并与所述第二限流电阻R7的一端连接，所述第二限流电阻R7的另一端与所述比较器V1的一个输入端连接，所述比较器V1的另一个输入端接入可调基准电压源，所述比较器V1的输出端用于输出所述方波信号。
预处理电路212中，可通过调节可调分压电阻R5的阻值调节静态工作点，提高数据通信准确率；另外，可依据信号特性动态调节可调基准电压源Vref。该调节是通过信号处理单元220进行调节的。在其他实施例中，可以通过外部进行调节。
另外，在进一步的实施例中，对该音频模拟信号的解码包括：
对转换后的所述音频模拟信号（即方波信号）进行检错，可配置脉宽比较参考值Lx、Ly（参考图2），检测到的信号变化间隔时长与参考值比较后解码出所接收到数据，或是判定为一位非正常数据，实现检错功能；
配设转换后的所述音频模拟信号（即方波信号）的通信速率，数据通信中通信速率越高相应误码率也会越高，通过配置合适的通信速率令应用达到速率与误码率的合理折衷；
以及，对所述转换后的所述音频模拟信号（即方波信号）进行杂讯信号过滤，配置数字杂讯过滤功能，解码电路将明显高于通信速率的突变信号作为杂讯进行滤除。
所述信号处理单元220包括：控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器、速率设置寄存器、过滤寄存器、判定阈值寄存器。
控制寄存器预存用于控制所述数据接收通道210和所述信号发送通道230的通断的指令，具体地，控制寄存器使用4个控制位：BASE_ON：载波输出控制。为1时输出通道上送出载波；RECV_EN：启用接收功能；IE_SEND：使能发送中断。发送缓冲区为空则保持中断有效；IE_RECV：使能接收中断。有未读取数据在接收缓冲区中则保持中断有效。
数据寄存器用于读写所述第一通信数据和所述第二通信数据，具体地，数据寄存器读操作时称其为RBUF，写操作时称为SBUF，读RBUF时读入接收到的数据，写SBUF时通过音频通道发送出所写入的数据。
状态寄存器用于记录和/或呈现所述解码的状态，具体地，状态寄存器使用2个状态位表示当前解码器对方波信号进行解码的工作状态：SEMPTY：发送数据缓冲区为空。此标志为1时可向SBUF中写入数据：RFULL：接收数据缓冲区有数据待读。此标志为1时应尽快读取RBUF，防止RBUF中数据被新收到数据覆盖。
速率设置（BASE）寄存器预存数据通信的速率阈值，具体地，BASE寄存器预存输出信号变化最快间隔时钟周期数。
过滤（FILT）寄存器预存杂讯信号阈值，具体地，FILT寄存器预存：杂讯信号的最大阈值Lmin，有效输入信号变化最小间隔时钟周期数小于此值的信号被当作杂讯信号滤除。
判定阈值（THLD）寄存器预存用于与所述输入信号脉宽周期比较的脉宽周期阈值。THLD寄存器预存脉宽周期阈值Lx和Ly：接收信号脉宽周期数与此值比较，判定所接收信号为逻辑1或是逻辑0，参考图6。
在一个实施例中，参考图4，所述信号发送通道230包括衰减电路232、滤波电路234。衰减电路232与所述信号处理单元220的信号输出管脚1、2连接，对信号处理单元220输出的包括所述第二通信数据的输出信号进行衰减；滤波电路234与衰减电路232连接，对衰减后的输出信号进行滤波后输出所述音频模拟信号到所述音频接口100的麦克风通道MIC。本实施例中，衰减电路232包括第一电阻R1和第二电阻R2，该第一电阻R1和第二电阻R2的一端分别与信号处理单元220的信号输出管脚1、2连接，该第一电阻R1和第二电阻R2的另一端相互连接。滤波电路234包括第一电容C1和第三电阻R3，第一电容C1的一端与第一电阻R1和第二电阻R2的另一端相连，第一电容C1的另一端与音频接口100的麦克风通道MIC连接，并通过第三电阻接地。
对外部具有音频接口100的电子设备来说，音频接口100定义包括了三根信号线和一根地线，三根信号线分别是左声道L，右声道R，麦克风通道MIC，其中左声道L，右声道R的一个实现通信数据波形发送功能，另外一个用于通信装置200内的锂电池充电输入端或者也作为通信数据波形发送功能，麦克风通道MIC道实现通信数据波形接收功能，音频接口100按照专用通信协议和纠错算法在终端设备和通信装置200之间进行通信。
参考图5，一种基于音频接口100的通信方法，包括以下步骤：
步骤S110，通过音频接口100的左声道L和/或右声道R接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后输出第一通信数据，其中所述解码和转换的参数可调节；
步骤S120，对输入的所述第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写；
步骤S130，将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口100的麦克风通道MIC。
在进一步的实施例中，所述解码包括：对转换后的所述音频模拟信号进行检错、配设转换后的所述音频模拟信号的通信速率以及对转换后的所述音频模拟信号进行杂讯信号过滤。
在进一步的实施例中，所述对转换后的所述音频模拟信号行检错包括奇偶校验、CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）、ECC（Error CorrectingCode，错误检查和纠正）中的一种或多种检错机制。
进一步地，对所述第一通信数据进行检错包括如下校验、纠错机制：
1、最小数据传输帧为由一个宽脉冲与一个窄脉冲及由其界定的8个数据位，每个基本帧由前后脉冲校验有效性。
2、基本传输帧可扩展首尾标志脉冲间数据位数。低成本应用下可扩展为9个数据位，由增加的奇偶校验位增强非完整数据帧识别，高可靠性要求时可增加2个数据位或更多个数据位以实现纠错功能。校验、纠错算法包括但不仅限于奇偶校验、CRC、ECC等。
3、复杂应用还可定义多个基本传输帧为一个数据包，每个数据包由包头、有效数据段、完整性校验字、辅助纠错信息段组成。根据应用对传输速率、可靠性、实现成本的折衷定义数据包中各功能段所包含的基本传输帧数。
另外，信号处理单元220为集成了专用音频接口数据处理单元的集成电路芯片。结合图2和图6，信号处理单元220将图6上L1～L5及后面更多时间信息与配置值（Lmin、Lx、Ly）比较，判断当前传输信号内容：若Ln<Lmin或是Ln>Ly，表示当前传输为干扰（杂讯）信号，丢弃处理；非数据传输状态下Lmin<Ln<Lx表示当前传输的是载波信号，数据传输状态下则表示当前传输的数据位与之前一位数据的值相同；非数据传输状态下Lx<Ln<Ly表示当前为数据传输起始位，并切换为数据传输状态，数据传输状态下则表示当前传输的数据位与之前一位数据的值相异。按照此规则，当接收完一定位数的数据且随后的校验值正确，则将这些位数据组合为有效数据字，并切换为非数据传输状态，同时产生中断信号通知处理器进行下一步的处理。
上述基于音频接口的通信装置200及方法通过软硬件技术相结合，在不对称数据带宽要求的场合中，能使用其中一个或两个音频通道传输通信数据，提高数据通信速率，通信数据传输速度快、误码率低。
举例说明：
CPU晶体频率为12MHZ
设BASE寄存器为0X4B      那么间隔载波周期数为1/12000000*0X4B0=0.0001S=100US
设FILT寄存器为0XFF       时钟周期数小于此值的信号被当作杂波被滤掉
Lc=1/12000000*0XFF=21.25US
设THLD寄存器为0X70
Lx=1/12000000*0X700=150US
Ly=1/12000000*0XFF0=340US
没有数据时都是100US时间位宽的载波。
一个数由十个位组成,
第一个位宽Lx<Ln<Ly的载波为起始位(可以是高电平也可以是低电平),下面跟八个数据位和一个停止位
停止位一定是Lc<Ln<Lx
当Lx<Ln<Ly当前的收到的数据在前一个数值的基础上翻转一下
当Lc<Ln<Lx当前收到的的数据保持以前的数值,如下图：
Figure BDA0000461008330000071
Figure BDA0000461008330000081
所以，收到的字节值为0X47
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于音频接口的通信装置，其特征在于，包括：
数据接收通道，与音频接口的左声道和/或右声道连接，接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后，输出第一通信数据；
信号处理单元，与所述数据接收通道连接，对输入的所述第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写，并设置所述解码和转换的参数；
信号发送通道，与所述信号处理单元连接，将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口的麦克风通道。
2.根据权利要求1所述的基于音频接口的通信装置，其特征在于，所述解码包括对转换后的所述音频模拟信号进行检错、配设转换后的所述音频模拟信号的通信速率以及对转换后的所述音频模拟信号进行杂讯信号过滤。
3.根据权利要求1或2所述的基于音频接口的通信装置，其特征在于，所述数据接收通道包括：
预处理电路，与音频接口的左声道和/或右声道连接，接收所述音频模拟信号进行预处理后输出方波信号；
硬件解码电路，与所述预处理电路连接，对所述方波信号进行解码后输出包括所述第一通信数据的输入信号。
4.根据权利要求3所述的基于音频接口的通信装置，其特征在于，所述信号处理单元包括：
控制寄存器，预存用于控制所述数据接收通道和所述信号发送通道的通断的指令；
数据寄存器，用于读写所述第一通信数据和所述第二通信数据；
状态寄存器，用于记录和/或呈现所述解码的状态；
速率设置寄存器，预存数据通信的速率阈值；
过滤寄存器，预存杂讯信号阈值；
判定阈值寄存器，预存用于与所述输入信号脉宽周期比较的脉宽周期阈值。
5.根据权利要求1或2所述的基于音频接口的通信装置，其特征在于，所述信号发送通道包括；
衰减电路，与所述信号处理单元的信号输出管脚连接，对所述信号处理单元输出的包括所述第二通信数据的输出信号进行衰减；
滤波电路，与所述衰减电路连接，对所述衰减后的输出信号进行滤波后输出所述音频模拟信号到所述音频接口的麦克风通道。
6.根据权利要求3所述的基于音频接口的通信装置，其特征在于，所述预处理电路包括隔直电容、上拉电阻、可调分压电阻、第一限流电阻、滤波电容、第二限流电阻以及比较器，
所述隔直电容的一端与所述音频接口的左声道和/或右声道连接，另一端通过所述上拉电阻接电源并通过所述可调分压电阻接地，还与所述第一限流电阻的一端连接，所述第一限流电阻的另一端通过所述滤波电容接地并与所述第二限流电阻的一端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述比较器的一个输入端连接，所述比较器的另一个输入端接入可调基准电压源，所述比较器的输出端用于输出所述方波信号。
7.根据权利要求5所述的基于音频接口的通信装置，其特征在于，所述衰减电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的一端分别与所述信号处理单元的信号输出管脚连接，所述第一电阻和所述第二电阻的另一端相互连接；
所述滤波电路包括第一电容和第三电阻，所述第一电容的一端与所述第一电阻和第二电阻的另一端相连，所述第一电容的另一端与所述麦克风通道连接，并通过所述第三电阻接地。
8.一种基于音频接口的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过音频接口的左声道和/或右声道接收音频模拟信号，并对该音频模拟信号进行转换并解码后输出第一通信数据，其中所述解码和转换的参数可调节；
对输入的所述第一通信数据和作为输出的第二通信数据进行读写；
将所述第二通信数据转换为音频模拟信号输出到所述音频接口的麦克风通道。
9.根据权利要求8所述的基于音频接口的通信方法，其特征在于，所述解码包括：对转换后的所述音频模拟信号进行检错、配设转换后的所述音频模拟信号的通信速率以及对转换后的所述音频模拟信号进行杂讯信号过滤。
10.根据权利要求9所述的基于音频接口的通信方法，其特征在于，所述对转换后的所述音频模拟信号进行检错包括奇偶校验、CRC、ECC中的一种或多种检错机制。
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