中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 中北大學(xué)動態(tài)測試技術(shù)重點實驗室 呂曉光 楊 鵬

1.引言

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，語音錄放電路領(lǐng)域產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新器件和新產(chǎn)品，開拓了廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。在各式各樣的語音電路器件產(chǎn)品中，ISD單片語音集成電路系列，始終以優(yōu)異的性能和極高的性價比在同類產(chǎn)品中獨領(lǐng)風(fēng)騷，倍受業(yè)內(nèi)人士以的青睞和歡迎[1]?；谥悄苷Z音錄放系統(tǒng)的設(shè)計要求把單片語音錄放芯片ISD4004分為任意段，并且可以對已經(jīng)分好的段進行順序錄音或放音，錄音或放音段由7段數(shù)碼管顯示；可以對單片語音錄放芯片ISD4004的任意一段進行重新錄音或放音，錄音或放音段由7段數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)操作簡單，使用方便，可廣泛應(yīng)用于電子話務(wù)員、公交車報站器以及需要自動語音提示的各種自動控制系統(tǒng)中。

2.硬件電路設(shè)計

2.1 單片機控制硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的控制模塊設(shè)計如圖1所示，通過AT89C51來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能控制，鍵盤控制，顯示控制等功能，是整個錄放系統(tǒng)的控制核心。設(shè)計中通過P14，P15，P16，P17接MAX7219顯示芯片來實現(xiàn)顯示功能設(shè)計，通過P24，P25，P26，P27，實現(xiàn)硬件接口鍵盤掃描功能，根據(jù)不同的鍵盤指令控制錄放系統(tǒng)執(zhí)行不同的功能且虛擬SP I接口與ISD4004進行指令等信息交互，完成對錄音、放音、復(fù)零、選段的控制[2]。MAX690看門狗定時器輸入端WDI與單片機計時器1外部輸入端T1相連，RST端與單片機復(fù)位端RESET相連。微處理器通過在WD1腳發(fā)送脈沖清除看門狗定時器以防止復(fù)位。如果看門狗沒有被清零，復(fù)位后軟件將從地址為0000(啟動程序)的子程序處開始運行。看門狗電路是提高系統(tǒng)可靠性的一種簡單、廉價方案[3]。利用外部看門狗電路可以防止系統(tǒng)鎖死，如果WDI信號在規(guī)定的看門狗延時周期內(nèi)沒有被觸發(fā)，那么電路將對系統(tǒng)進行復(fù)位。

圖1 系統(tǒng)的控制模塊設(shè)計圖

2.2 語音錄放芯片硬件系統(tǒng)設(shè)計

如圖2所示，語音芯片主要負責(zé)語音信號的采集、語音信號的存儲及語音信號的還原。語音信號的采集通過MIC處拾取，即語音信號的輸入端，輸出的模擬語音信號通過9013三極管組成放大器放大，再通過ISD4004芯片同相模擬輸入端ANA IN+輸入，語音信號的還原通過音頻輸出端AUDOUT至LM386音頻功放進行放大，至揚聲器輸出[4]。

由于整個系統(tǒng)采用直流5V電源供電，而ISD4004供電電壓是3V，因此它們之間互連需要經(jīng)過一定的電平轉(zhuǎn)換電路。單片機的P1.1口通過電平轉(zhuǎn)換電路接ISD4004的片選引腳SS，控制ISD4004是否選通；P1.2口通過電平轉(zhuǎn)換電路接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入放音的地址；P1.3和P3.3分別通過電平轉(zhuǎn)換電路接ISD4004的串行時鐘引腳SCLK和中斷引腳INT；ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號輸出引腳AUDOUT，該引腳通過一個濾波放大電路與揚聲器連接[5]。

圖2 系統(tǒng)的錄放模塊設(shè)計圖

圖3 系統(tǒng)的顯示模塊設(shè)計圖

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

2.3 顯示芯片硬件系統(tǒng)設(shè)計

由于本系統(tǒng)需要4位字母數(shù)字顯示，因此采用MAX7219來實現(xiàn)如圖3所示。該系統(tǒng)的晶振為12MHZ，AT89C51單片機的P1.6口接在DIN上，用于發(fā)送數(shù)據(jù)，P1.5口接在CLK上，用于發(fā)送移位時鐘脈沖，P1.4口接在LOAD上。采用單片機串行口工作方式0發(fā)送數(shù)據(jù)。電源輸入端與地線之間接入電容的目的是減少峰值驅(qū)動電流引起的電源波動。設(shè)計只用了DIGO～DIG3四根顯示位驅(qū)動線用來表示錄放音及復(fù)位選段功能。

3.系統(tǒng)軟件流程圖

語音錄放系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖4所示，實現(xiàn)單片機對錄音及放音的控制。主要根據(jù)以下幾步實現(xiàn)：①在系統(tǒng)剛上電時，對AT89C51進行初始化。②掃描是否按鍵按下，若按鍵按下，則進入相應(yīng)的功能子程序；若沒有按鍵被按下，則繼續(xù)掃描按鍵。③通過AT89C51的口線對ISD4004的地址端送起始地址。④設(shè)置ISD4004的控制信號，進行錄音或放音。重復(fù)②～④步，進行編程可實現(xiàn)語音錄放音的功能。

4.結(jié)果分析

語音錄放系統(tǒng)在按下選段鍵進行選段的顯示狀態(tài)

表1 發(fā)光二極管顯示結(jié)果

(1)語音錄放系統(tǒng)在按下選段鍵的一瞬間，發(fā)光二極管LED3熄滅，發(fā)光二極管LED1與發(fā)光二極管LED2點亮，數(shù)碼管顯示器顯示0000；在按下選段鍵的幾秒鐘之后，發(fā)光二極管呈現(xiàn)LED1熄滅，LED2與LED3點亮的狀態(tài)。

(2)如果需要對其中某一段進行語音的錄音或者放音操作，譬如第四段，則在持續(xù)按選段鍵選擇某一段的過程中，發(fā)光二極管始終呈現(xiàn)LED1熄滅，LED2與LED3點亮的狀態(tài)。

(3)語音錄放系統(tǒng)選段操作結(jié)束之后，按放音鍵確定選段結(jié)果，譬如選擇第四段，則發(fā)光二極管呈現(xiàn)LED1熄滅，LED2與LED3點亮的狀態(tài)。

5.結(jié)論

設(shè)計的智能語音錄放系統(tǒng)具有如下功能：可根據(jù)設(shè)計要求把單片語音錄放芯片ISD4004分為任意段，并且可以對已經(jīng)分好的段進行順序錄音或放音，錄音或放音段由7段數(shù)碼管顯示；可以對單片語音錄放芯片ISD4004的任意一段進行重新錄音或放音，錄音或放音段由7段數(shù)碼管顯示。經(jīng)過實驗調(diào)試，能夠可靠穩(wěn)定工作。

[1]張曉東,計玉芳,蒯申紅等.基于ISD4004智能語音提示系統(tǒng)設(shè)計[J].皖西學(xué)院學(xué)報,2008(2):69-71.

[2]顏擁軍,劉振宇,劉立許等.基于ISD4004語音芯片的語言學(xué)習(xí)機的設(shè)計[J].微計算 機信息,2004(7):88-89.

[3]任致程.語音錄放和識別集成電路應(yīng)用與制作實例[ M].北京:人民郵電出版社,1999.

[4]鄭建光,金碧波,章皓.基于8051單片機語音控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].自動化與儀器儀表,2006(2):40-41.

[5]張瑾,張偉,張立寶.Protel 99SE入門與提高[M].北京:人民郵電出版社,2007.