基于ARM的音频接口数据传输模块设计

摘要 由于移动终端数据接口各不相同，使数据交换不便利。为了尝试拓展音频接口的应用，文中设计了一种通信协议以保证模拟信号的可靠传输。开发了可下载手机软件，通过程序对从音频输入接口采集到的音频信号进行差分曼彻斯特解码，并送到音频输出接口。程序由3个线程构成，当数据传输服务程序在手机上启动后形成，应用嵌入式系统和控制软件实现数字数据的编解码，数据信号在主控模块中进行编解码处理，再通过控制装置读取、写入外部介质，并存储数据，设计中对线程设计、传输算法和协议格式进行了研究。实验证明，设计能满足串行通信的同步要求，保障了数据传输的稳定性。

关键词 音频接口;数据传输;模块设计;数据格式

移动终端操作系统应用软件功能强大，智能手机应用已超出通话的原始功能，各种移动应用的开发更充分体现了智能化、开放式的趋势。在移动应用中，如果要与外部设备交换信息，要通过专用的数据接口，但手机厂商的数据接口各不相同，外部设备难以兼顾，一些厂家限制数据接口的开放，或收取高昂的使用费，或对外设生产方有严格的资质要求，种种限制，制约了智能终端与外部设备的直接交流。

1 数据传输模块的结构设计

接口是智能终端系统与外界的连接电路，具有如下功能：(1)寻址能力。对送来的片选信号进行识别。(2)输入/输出功能。根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。(3)数据转换功能。并行数据与串行数据的转换或两种不同数据格式之间的转换。(4)信号识别。识别就绪信号、忙信号等。(5)中断管理。发出中断请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。(6)复位。接收复位信号，从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。(7)可编程。用软件来决定其工作方式，用软件来设置有关的控制信号。(8)检测信息。一些接口还可根据具体情况设置其检测信息。

基于音频输入输出接口的数据传输方法可以弥补数据接口不一致的缺点，并扩充音频接口的应用。在实现传输音频模拟信号的系统上交换数字信号，设计难点是如何通过模拟信号进行数据通信，需要专门设计一种严格的通信机制或通信协议，保证基于手机音频输入输出接口的数据传输可靠。

如果把终端作为主导装置，由其产生位时钟信号、命令选择信号和数据，但在综合系统中，识别发送端比较困难。设计采用差分曼彻斯特编码的数据传输协议，开发了可下载手机软件，并为外设存储设备设计了实现编解码及传输协议的嵌入式系统。模块结构示意如图1所示。

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外部装置通过音频输入输出接口与智能终端进行数据通信，数据信号在主控模块中进行编解码处理，再通过控制装置读取、写入外部介质，并存储数据。数据传输的具体方式中，外设装置通过插入手机外置话筒音频输入接口或音频线路输入接口的连接线发送数据信号给手机，外设装置通过插入手机的外置耳机音频接口或音频线路输出接口的连接插线，接收手机发送出的数据信号。

2 数据传输模块的硬件设计

外部数据传输装置由滤波电路、主控模块、编解码电路、读写装置组成。滤波电路分离固定频率交流信号与数据信号;读写装置包含一个标准曼彻斯特编解码电路，读写解码电路采用BS730Q读写专用解码芯片，采用单轨道读写;实现的主控模块电路选用低功耗的ARM微控制器，内部有可编程工作寄存器，可以方便地与主机通信，但要有自己的数据协议，主控模块对双向信号进行编解码处理的过程是：(1)主控电路模块将读写装置传入的曼彻斯特编码数据信息解码成国标数据，再编码为差分曼彻斯特编码数据信号，送到连接手机话筒接口或线路音频输入接口的传输线上。(2)主控电路模块从连接手机耳机接口或线路音频输出接口的传输线上接收差分曼彻斯特编码数据信号，解码成国标数据，再编码为标准曼彻斯特编码数据信息，送入读写装置。电路设计如图2所示。

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3 数据传输模块的软件设计

3.1 设计线程

通信双方的手机终端采用软件方法实现，结构如图3所示。通过程序对从音频输入接口采集到的音频信号进行差分曼彻斯特解码，并送到音频输出接口，程序由3个线程构成，当数据传输服务程序在手机上启动后形成3个线程：(1)创建一个音频交流发送线程，负责设置输出最大音量，生成固定频率音频交流信号并发送到音频输出线路上。(2)创建一个监听音频输入接口数据的线程，负责对从音频输入接口采集到的音频信号，进行差分曼彻斯特解码，解码输出数据存放在接收数据缓存，通过调用外部业务程序注册的回调函数，通知外部业务程序注册取得传入的数据。(3)主线程循环等待发送数据缓存中的数据