介绍了一种依据USB主机结构的数字录音体系，提出了一种将大容量数据存储技能运用于数字录音体系的新办法，要点介绍了语音PCM编码电路和USB-HOST接口电路的硬件规划、由底向上的USB主机软件规划结构以及实时语音文件的存储。
跟着数字技能的开展，录音技能也进入了数字化阶段。现在数字录音体系运用已十分广泛，如电力、铁路、石油等职业的指挥调度，机场、港口、公安、军事等要害部门的录音和监听，金融职业授权指令的实时录音，无线寻呼台、电信局、服务职业的服务等。数字录音体系为及时了解和发现事端原因以及供给精确牢靠的原始录音记载发挥了巨大作用。
现在，许多数字录音体系是依据PC完结的。语音数据收集后经过串口实时传送到PC进行数字语音的存储，再由PC对数字语音数据进行后期处理。可是在许多运用场合(如移动装置、野外作业、偷听等)，因为受布线、本钱、装置空间及环境等影响，依据PC的数字录音计划受到约束。这些运用场合下，怎么完结语音数据的存储就成为要害。
计划一是选用无线传输。实时将收集到的语音数据传送。可是因为受无线数据传输的间隔、速度以及完本钱钱的约束，这种计划的可行性不高；
计划二是选用可移动的存储体。现在运用较广的有CF、SD等存储卡和依据USB接口的移动存储设备。从单位字节存储本钱考虑，存储卡的本钱显着高于依据USB接口的移动存储设备。
别的，PC与存储卡进行数据交流时有必要购买相应的读卡器，这意味着要添加额定的本钱且运用不灵敏。跟着USB技能的开展与不断老练，现在简直一切PC主板都带有多个USB接口，且操作体系对USB设备的支撑也十分齐备。这样数字语音数据可与恣意PC进行数据交流，然后使运用变得十分便利和灵敏。因而，研讨嵌入式环境下依据USB主机结构的数字录音技能就具有实践意义和运用远景。
1 数字录音体系的规划和作业原理
整个录音体系首要由两大部分组成。一是语音数据的PCM编码电路，完结语音的AD转化；二是USB主机的接口电路。单片机P89C51RD2HBA完结USB-HOST主机协议和语音数据的收集功用，体系原理如图l所示。
2 语音编解码电路规划
2.1 MCl4LC5480芯片简介
语音的PCM编码是将模仿语音信号转变为数字语音信号。它是语音数字化的榜首步，也是语音紧缩的根底。MCl4LC5480是Motorola公司出产的μ/A律PCM芯片，具有以下特色：低功耗；低噪声的全差分模仿电路规划；片内集成有发送带通滤波器和接纳低通滤波器；具有RC预滤波器后滤波器；μ/A律可挑选。MCl4LC5480的原理如图2所示。
图2中，RO+、RO-和TI+、TI-分别是PCM模仿语音信号的差分输出和输入；PI、PO+、PO-用来扩大模仿信号以驱动模仿语音设备；同步操控部分首要用于操控帧同步和位同步，操控引脚首要用于μ/A律的挑选和低功耗办法的挑选。
2.2 语音编解码运用电路规划
依据MCl4LC5480的语音编解码运用电路如图3所示。其间输入的8kHz时钟源用于帧同步，2.048MHz的时钟源用于位同步。PCM输出即为编码后的串行输出数据，再经过SN74HC595转化为并行数据与单片机的8位数据总线衔接；PCM输入则为串行输入的数字语音数据。在图3中，8kHz、2.048MHz时钟源可用Motorola公司的MC74HC4060发生。详细完结如图4所示。
3 USB主机接口电路规划
3.1 USB-HOST接口芯片SL811HS简介
SL811HS是Cypress公司推出的一种遵照USB1.1协议的嵌入式USB Host／Slave芯片。该芯片既能与USB低速设备通讯，也能与USB高速设备通讯。因为供给了8位宽的数据总线及中止支撑，使得该芯片能便利地与微处理器、微操控器以及DSP衔接。SL811HS可以在Host／Slave两种办法下作业。该芯片具有以下特色：
(1)主动勘探所接设备是低速设备仍是高速设备；
(2)具有8位双向数据总线及片上SIE、USB收发器；
(3)主动发生SOF令牌包及主动生成令牌包、数据包中所需求的CRCS／CRCl6数据；
(4)内部256B RAM，支撑乒乓操作；
(5)支撑SUSPEND／RESUME、WAKE UP、LDW-POW-ER办法。
3．2 USB-HOST接口电路规划
SL811HS的接口电路原理如图5所示。
因为体系只需求具有USB主机的功用，因而只需将操控SL811HS为主机或从机作业办法的M／S管脚接地。SL811HS的地址数据复用总线AD[7：0]与单片机P89C51RD2HBA的P0口衔接。其间SL811HS的A0功用较为灵敏。AO=0时表明数据线上的数据是SL811HS的RAM空间的地址指针；A0=1时则读写指定地址的RAM数据，然后完结数据的传输。
而且它支撑地址自增办法，即可读写接连地址单元中的数据，而不需求屡次写入地址，然后大大进步传输速度。为了进步体系的抗干扰才能和稳定性，VDD引脚的去耦电容选用103%&&&&&%。而且在规划PCB时DATA+和DATA-的走线尽量短，整个PEB板做覆铜处理。
4 软件规划与完结
4．1 USB主机对设备的枚举软件结构规划
枚举是任何USB设备运用前必经的进程，因而枚举作为整个USB通讯的条件显得十分要害。下面依照自底向上的软件规划办法完结USB主机对设备的枚举。整个USB主机体系的完结也是依照层次由底向上的规划思路，这样便于体系移植。
(1)MCU与sL811HST的底层通讯。这是整个USBHost模块的根底，它首要包含对SL8llHS字节的读／写和字节串的读／写等函数。
(2)USB最底层数据包发送的完结。这是一个发送数据包的函数，参数包含发送的数据包类型、端点地址、端点负载、传输长度和数据缓存区地址指针。
(3)操控传输和USB协议栈规范恳求指令的完结。操控传输首要用于发送和接纳与USB设备的装备信息相关的数据，包含树立阶段、可选数据阶段和状况阶段。每个阶段都由特定的业务(USB最底层数据包的发送)组成。树立阶段发送规则格局的USB规范恳求指令；数据阶段是可选的，它依据树立阶段指明的传输方向传输具有USB界说的数据，该阶段包含一个或多个IN／OUT业务；状况阶段用于陈述树立阶段和数据阶段的传输成果。
(4)USB设备的枚举。依据USB协议的规则，在调用规范恳求指令函数的根底上,完结主机对USB设备的枚举。首要经过缺省地址0获取设备描绘符，如厂商ID、产品ID、设备类等信息；之后为设备分配新的地址；然后经过这个新地址与设备通讯，获取装备描绘符、接口描绘符、端点描绘符等；依据获取的装备描绘符信息，为设备设定一个装备。
(5)整个USB的协议结构。至此，整个USB主机的活动特性已了解。从(1)～(4)，层层递进，一级比一级高档。最简略地说，便是(4)中微观的USB主机活动是由最底层的(1)完结。
而(1)中的函数是彻底与硬件相关的部分，且越往上与硬件的联络越小，以至于在(4)中的层次就彻底是与硬件无关的软件渠道。这也为整个体系的移植奠定了根底，只需修正与硬件严密相关的函数体即可。
4.2 主机与存储设备之间的数据传输
数字语音存储运用中选用的移动存储设备是Mass Storage类(海量存储类)。Mass Storage类首要用于软磁盘接口、ATA接口、IDE硬盘接口及Flash存储器等设备树立的USB接口。
不同的数据存储载体接口构成了Mass Storage类的子类，UFI即为完结软磁盘接口的Mass Storage类的子类。各个子类都有一套自己的协议，并经过指令的办法完结各种功用。这些指令都是各子类所特有的，与USB没有任何联络，只是在uSB传输时被打包成一系列的指令包进行传输。而真实与Mass Storage的传输办法相关的是其传输协议。
BULK-ONLY协议没有运用中止和操控端点，仅运用BULK(批量)端点进行指令、数据和状况的传输。批量传输办法不受时刻约束并能确保数据的完整性。在这种传输办法下，有三种类型的数据在USB与设备之间传送：CBW、CSW和一般数据。
图6描绘了主机端数据传输办法。从图6可以看到数据段一分为二，一个是数据输出(主机发送数据到设备)，另一个是数据输入(主机从设备获取数据)。主机发送CBW，这个CBW自身作为描绘符的负载数据传输到设备。CBW的封包也包含封包头和 图6 BULK-ONLY传输办法指令块两部分。封包头表征了数据传输方向传输的逻辑单元和指令块长度，指令块是真实需求完结的指令。
4．3 数字语音数据存储
(1)单片机对移动存储设备的读写
对USB移动存储设备的读写需求对存储体的存储格局有必定了解。FAT文件体系经过Mass Storage类的UFI子类指令与u盘树立联络，并在体系中树立一个U盘的空间结构完结写文件、读文件等功用。关于只要一个分区的FATl6格局的U盘，其结构依次是主引导记载(MBR)、体系引导记载(DBR)、文件分配表(FAT)、文件目录表(FDT)和数据区(DATA)。
MBR包含446字节的主引导代码、64字节的DPT(Disk Partition Table，磁盘分区表)和“55．AA”的结束标志。DBR是操作体系可以直接拜访的榜首扇区，它包含一个引导程序和一个被称为BPB(Bios Parameter Block)的本分区参数记载表。
BPB含有对文件体系操作的要害信息，因而十分重要。在对U盘进行读写前首要要读取MBR扇区和DBR扇区，以获取DPT和BPB信息作为文件体系操作的根底；然后依据FAT表中簇的运用情况为相应文件进行分配(收回)并在FDT表中注册(删去)文件特点等信息，即可完结对文件写、删去等操作。
(2)数字语音文件的实时存储
在本运用体系中，把实时收集编码后的数字语音按文件格局存储到uSB接口的移动存储设备上，以完结嵌入式环境下实时语音数据的存储与交流。关于存储后的数字语音文件可在PC环境下作后期处理，十分便利和灵敏。整个体系的主循环程序规划流程如图7所示。依据实践运用需求，规划了两路实时语音的收集编码，每路语音的数据速率为8kbps。
因为语音数据是稳定速率输入且长时刻存储的数据量比较大，因而怎么进步存储速度以确保语音数据的实时存储就十分重要。为此体系选用前后台操作办法，即语音数据的缓存在中止服务程序中完结，而且每路语音数据均选用双缓冲区办法。其间一个用于实时收集的语音数据缓存，另一个用于USB主机发送到U盘的数据缓存。
在体系运转中两个缓冲区的人物动态切换。在体系缓存容量答应的情况下，每个缓冲区巨细尽可能大一些。因为对U盘一次性写入的文件容量越大，均匀字节的体系开支越小，速度越快。数字语音文件存储到u盘的操作在后台主循环中完结，主循环对两个缓冲区满标志进行查询来决议当时待发送的缓冲区，发送结束后铲除相应的缓冲区满标志。所以经过有用分配缓冲区巨细和双缓冲办法能有用进步数据存储速度，再经过选用前后台的操作办法更好地确保数据存储的实时功能。
本文首要研讨了嵌入式环境下依据USB-HOST结构的数字录音技能及其完结，现在已经过体系调试。体系可以完结规划预期的对两路语音的实时存储，且长时刻运转稳定性较好。在规划中因为USB主机协议结构部分按自底向上的层次规划办法，因而体系具有很好的移植性，稍做修正即可移植到如数据收集体系、工控范畴等运用场合。
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