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基于CobraNet的音频矩阵的研究与设计

作　者: 毛欢
导　师: 陈明义
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: CobraNet 音频矩阵 FPGA STM32F107
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要

随着社会经济的不断发展,目前需要专业化音频传输、切换系统的场合越来越多,如广播电台、大型场馆、大型楼宇、大型娱乐场所等。传统的中心音频矩阵中采用模拟的方式分配和布线,而这已经无法满足越来越庞大的音频传输系统和音频传输质量的要求。为了解决这些问题,使分配和布线变得更加便捷及提高整个音频传输系统的同步性、实时性,论文对CobraNet技术及CobraNet音频矩阵进行了研究。论文设计了一个基于CobraNet技术的音频矩阵系统。论文首先分析、比较了传统中心音频矩阵与CobraNet音频矩阵的不同点,总结出CobraNet音频矩阵的优势,阐述了CobraNet技术的国内外研究现状。其次论文研究了CobraNet技术的相关协议、系统同步模式以及介绍了CobraNet处理器的功能,同时也对交换的技术和原理进行了分析和研究。接着为了实现音频的数字传输,设计充分利用了CobraNet处理器CS4961××系列的音频传输功能；为了实现数字音频的路由切换,设计用FPGA来实现32x32数字音频通道的路由交换,同时FPGA可以检测各音频通道是否有音频信号；为了控制系统的路由切换及显示系统的通信状态,系统中加入了嵌入式模块STM32F107,对系统的路由控制和状态查询,不仅可以通过上位机的上层软件进行实时的监测和控制,也可以通过按键和LCD,实现本地的监控。最后论文对系统的调试过程进行了分析,调试从固件与MAC地址更新、路由切换、串口通信控制等方面进行。论文所设计的CobraNet音频矩阵系统已经实现了音频的传输和路由交换功能,并能显示整个系统的通信状态。整个系统的传输延时小,系统运行稳定,音频质量满足要求,可广泛应用于广播电台、大型楼宇等场合。图63幅,表11个,参考文献63篇。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 课题的背景、来源及意义  10-12
  1.2 实时音频传输系统的发展现状  12-13
  1.3 CobraNet技术的国内外发展现状  13-14
  1.4 论文的主要工作及组织构架  14-16
2 CobraNet音频矩阵系统结构设计  16-28
  2.1 系统功能分析及结构设计  16-18
  2.2 CobraNet技术  18-24
    2.2.1 CobraNet协议  18-20
    2.2.2 CobraNet处理器芯片  20-21
    2.2.3 CobraNet系统同步模式  21-24
  2.3 交换原理与技术  24-27
    2.3.1 交换系统的数学模型  24
    2.3.2 中心式交换技术  24-27
  2.4 本章小结  27-28
3 音频矩阵硬件设计  28-45
  3.1 音频矩阵硬件总体设计  28-29
  3.2 CobraNet板卡模块  29-38
    3.2.1 CobraNet处理器模块  29-34
    3.2.2 网络控制模块  34-36
    3.2.3 Flash存储模块  36-37
    3.2.4 时钟分配模块  37
    3.2.5 IIS同步模块和驱动模块  37-38
  3.3 嵌入式模块  38-41
    3.3.1 嵌入式处理器模块  38-39
    3.3.2 串口模块  39-40
    3.3.3 Flash存储模块  40
    3.3.4 LCD显示模块以及按键模块  40-41
  3.4 FPGA模块  41-43
    3.4.1 FPGA芯片选型及电路设计  41
    3.4.2 FPGA的编程与配置电路  41-43
  3.5 电源模块  43-44
  3.6 本章小结  44-45
4 音频矩阵软件设计  45-64
  4.1 CobraNet固件的下载与配置  45-51
    4.1.1 固件的下载  45-47
    4.1.2 固件的配置与更新  47-51
  4.2 嵌入式软件设计  51-56
    4.2.1 主函数程序设计  51-52
    4.2.3 通信状态恢复子程序设计  52-53
    4.2.4 音频通道查询子程序设计  53-54
    4.2.5 中断服务子程序设计  54-56
  4.3 FPGA程序设计  56-63
    4.3.1 分频模块  56-57
    4.3.2 IIS接收模块  57-58
    4.3.3 IIS发送模块  58-59
    4.3.4 SPI通信及命令解析模块  59-60
    4.3.5 音频通道切换模块  60-63
    4.3.6 音频信号检测模块  63
  4.4 本章小结  63-64
5 音频矩阵系统的测试  64-71
  5.1 测试环境  64-65
  5.2 系统测试  65-70
    5.2.1 固件与MAC更新测试  65-66
    5.2.2 CobraNet通信功能测试  66-67
    5.2.3 串口通信功能测试  67-69
    5.2.4 音频路由交换测试  69-70
  5.3 测试结果总结  70-71
6 总结与展望  71-73
  6.1 工作总结  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-76
附录一：CobraNet板卡硬件原理图  76-77
附录二：CobraNet核心板硬件原理图  77-78
附录三：FPGA程序核心代码  78-80
攻读学位期间主要的研究成果  80-81
致谢  81

基于CobraNet的音频矩阵的研究与设计

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