[01441895]一种基于USB高速接口的音频采集装置

在现代工业生产、控制和科学研究中,对各种现场数据进行采集、传输并处理已是必不可少的组成部分。数据采集系统,它主要完成数据信息的采集、A/D转换、数据处理,然后通过接口总线将处理后的数据送入计算机作进一步处理。目前,以这样的系统为核心的设备在国内外得到了广泛的应用。以前的数据采集系统中,处理器一般采用单片机,单片机价格比较低廉、结构简单、接口扩展能力强。但很明显的缺点就是数学运算能力差,对于实时性要求高、传输率要求快、对信号的数学处理比较复杂的领域来说,单片机就显得力不从心了。 本实用新型针对背景技术中的不足,提出了基于FPGA和USB接口的数据采集系统设计方案。将FPGA的并行处理和USB接口的高速传输特性结合起来,实现了对音频信号的高速实时采集。而且该系统电路设计简单,集成度高,采用模块化设计,易于优化升级。本实用新型USB2.0通信模块采用Cypress公司的CY7C68013A芯片,该芯片包括：USB2.0高速收发器,内部16KBRAM、4KBFIFO、I2C、UART控制器等,最高能实现480Mbps的速度,可满足本设计中大数据量的实时传输要求。 为了实现上述目的,本实用新型通过以下技术方案实现： 1．本实用新型发明的基于FPGA和USB接口的音频采集系统主要由硬件和软件两大部分构成。硬件部分由音频采集处理模块、FPGA模块、USB2.0通信模块几部分组成,用来完成音频数据的采集、传输。上位机软件部分采用MFC编程框架编程实现,主要用来对采集到的数据进行实时监测和处理。 2．所述音频采集处理模块包含麦克风输入和音频线输入两种数据输入方式。 3．所述音频采集处理模块与FPGA模块相连,将模拟信号转换为数字信号后送入FPGA中。 4．所述FPGA模块经verilog硬件语言编程配置后作为整个音频采集系统的主控单元。 5．所述USB2.0通信模块与FPGA和上位机相连,用于将硬件部分采集到的音频数据送入上位机中做进一步处理。 6．所述上位机用于对采集到的音频数据进行实时监测,显示和保存。该软件实现了以下功能：可以检 测连接到上位机的USB设备数量;检测连接的USB设备是USB1.1低速设备还是USB2.0高速设备;将采集到的数据以文本或WAV格式保存在电脑硬盘中;实时显示数据传输速度;绘制采集到的音频信号波形,实现对音频数据的实时监测。 由于采用以上技术方案,本实用新型具有以下突出效果： 1．装置结构简单,操作简便,成本低,工作效率高; 2．在实际应用中,本实用新型采用的FPGA具有单片机无法比拟的优势：运行速度快,FPGA内部集成锁相环,可以把外部时钟倍频,现有芯片最高工作频率可达300MHZ;内部程序并行运行,FPGA不同逻辑可以并行执行,可同时处理不同任务,使FPGA工作更有效率。采用的USB接口支持热插拔,通用性强,传输速度快,USB2.0接口最高传输速度理论上可达到480Mbps,非常适用在音频数据高速实时采集系统中。