基于网络微控制器的IP可寻址音频播放系统

摘要

数字音频技术的飞快发展，给传统音频传输领域带来了极大的冲击。鉴于传统音频传输中难以克服的诸如不便于管理、布线复杂、难于实现自动切换等等的缺点，数字网络易管理、监控、强大的数据传输能力无疑为未来的音频传输指明了方向。 Internet网络技术的不断扩展，网络应用越来越广泛，现有网络设施已无处不在，成熟而广为普及的网络为数据传输提供了便利。另外，网络通信协议的发展成熟使不同硬件的设备和应用程序之间的方便通信成为可能。而广播技术及多播技术的应用和快速发展，又进一步推动了网络多媒体传输技术。 DS80C400是DALLAS公司生产的一种网络微控制器，DS80C400 [9]是一个高性能结构的网络微控制器，具有多层网络节点、丰富的I/O接口及稳定的ROM固件，网络协议支持TCP IPV4/IPV6，实现了TCP、UDP、DHCP、ICMP和IGMP协议。网络协议栈同时支持多达32个TCP连接。为网络接口方案提供了一个很好的选择。 本设计在DS80C400的基础上，结合CPLD技术、网络多播技术和数字音频技术，设计完成了一种IP可寻址的播放系统。该系统从网络上接收音频流多播数据包，由DS80C400处理后得到音频数据。在CPLD的控制下，以44.1kHz的采样率、16位的采样精度转换为模拟音频信号后播放。 传输过程的数字化使音频信号具有更好的可控性、保密性和抗干扰能力。播放终端作为Intemet中的一个节点，有唯一的IP地址，很好的实现了寻址功能，使管理控制简便易行。 本文第一部分介绍了音频流播放系统的相关知识和整体方案的设计。 第二部分介绍了网络音频播放终端的硬件设计，分为网络接入和音频流数据处理两个模块。其中，网络接入模块以DS80C400为核心，实现了终端与以太网的接口，接收音频流数据包；音频流数据处理模块以CPLD为核心，从缓存区读取数据，按一定的总线时序传递给DAC。CPLD的设计采用自项向下的方法，用VHDI。语言实现。分为MCU接口、RAM接口模块、DAC接口模块。 第三部分介绍了软件系统的设计，采用汇编语言实现。主要包括系统的初始化，加入多播组，接收多播数据包，数据缓存读写控制几个部分。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题提出的背景和意义

1.2课题研究的工作

1.3论文的组织与结构

第二章系统设计的相关理论

2.1TCP/IP相关

2.1.1协议分层

2.1.2 LJDP协议

2.1.3广播和多播

2.2数字音频的相关知识

2.2.1音频信号数字化

2.2.2采样率

2.2.4采样精度

2.3本章小结

第三章整体方案设计

3.1系统拓扑结构

3.2播放终端功能设计

3.3采用UDP多播传输数据

3.4可寻址控制

3.5接收终端结构设计

3.5.1网络接入模块

3.5.2音频处理模块

3.6本章小结

第四章DS80C400的特点和功能

4.1 DS80C400概述

4.2 DS80C400的时序

4.3 DS80C400的寻址模式

4.4存储器

4.4.1内部存储器

4.4.2外部存储器

4.5复位

4.6增强型数据指针

4.7可变的MOVX指令执行周期

4.8访问保护机制(TIMED-ACCESS PROTECTION)

4.9DS80C400以太网控制器

4.9.1 以太网MAC简介

4.9.2介质无关接口(MII)

4.9.3发送／接收缓存区

4.10 1-Wire

4.11 ROM函数的调用方法

4.11.1 获得ROM函数地址

4.11.2 Socket函数调用

4.11.3 ROM函数调用步骤

4.12本章小结

第五章硬件系统设计

5.1网络接入模块的设计

5.1.1 整体结构设计

5.1.2 以太网接口模块

5.1.3存储器模块设计

5.1.4音频数据缓存区的设计

5.1.5备用电源模块

5.1.6 电源模块

5.1.7 串口模块

5.2音频数掘处理模块

5.2.1 整体结构设计

5.2.2 DAC接口电路的设计

5.3本章小结

第六章CPLD的设计

6.1顶层设计

6.1.1 CPLD接口

6.1.2 CPLD项层模块划分

6.2 MCU接口模块

6.2.1启动/停止信号

6.2.2中断信号的产生

6.3 RAM接口模块

6.3.1读取RAM时序

6.3.2 RAM接口主状态机

6.3.3地址计数器子模块

6.4 DAC接口模块

6.4.1 时钟产生子模块：

6.4.2移位输出子模块

6.5波形仿真和结果分析

6.5.1 MCU接口模块仿真

6.5.2 RAM接口模块仿真

6.5.3 DAC接口模块仿真

6.5.4顶层设计仿真

6.6本章小结

第七章软件系统设计

7.1软件开发的总体设计

7.2软件功能模块的划分

7.3复制模块

7.4初始化模块

7.4.1 MCU初始化模块

7.4.2 ROM初始化模块

7.4..3 网络初始化模块

7.4.4 AIC3 1初始化

7.5改变MOVX指令周期

7.6音频数据接收模块

7.6.1 recvfrom函数的调用法

7.6.2 group_justed模块

7.6.3 recv_data模块

7.7本章小结

第八章总结与展望

8.1总结

8.2展望

参考文献：

致谢

攻读学位期间发表的学术论文