數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)
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1 系統(tǒng)原理 數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)的原理如圖1所示，其核心器件是單片機(jī)。利用單片機(jī)檢測(cè)鍵盤、摘/掛機(jī)、鈴流等輸入信號(hào)，并相應(yīng)地控制和實(shí)現(xiàn)雙音多頻（DTMF）信號(hào)的發(fā)送、語音芯片的錄放音等功能。 在電源方面，振鈴電路和通話電路由電話線上的直流饋電直接提取，其它電路用外電源（5V）供電。 系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。
2 硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)電路按功能主要分成兩大部分：語音收發(fā)電路和錄音部分。 2.1 語音收發(fā)電路的實(shí)現(xiàn)原理 語音收發(fā)部分的內(nèi)部組成如圖2所示。要求可傳送的語音信號(hào)在300Hz～3400Hz之間。 語音收發(fā)電路主要包括三大部分：振鈴電路、通話電路和發(fā)碼電路。其工作過程為：平時(shí)通話電路和發(fā)碼電路同電話線斷開；當(dāng)振鈴信號(hào)到達(dá)時(shí)，振鈴電路工作，促使蜂鳴器發(fā)聲；摘機(jī)后，即通過轉(zhuǎn)換開關(guān)使通話電路和發(fā)碼電話線接通，交換機(jī)檢測(cè)后立即停止發(fā)送振鈴信號(hào)，而轉(zhuǎn)接雙方的話音信號(hào)，通過通話電路實(shí)現(xiàn)通話。若欲向外輸出話音信號(hào)，首先摘機(jī)動(dòng)作使發(fā)碼電路與電話線接通，交換機(jī)檢測(cè)到即送到撥號(hào)音；然后交換機(jī)負(fù)責(zé)把呼叫方撥發(fā)的DTMF信號(hào)送給被叫方，使被叫方電話振鈴。 振鈴電路主要用SGS公司的LS1240芯片，通話電路用TEA1061實(shí)現(xiàn)，發(fā)碼電路使用可單片機(jī)接口的HT9200A芯片，可實(shí)現(xiàn)DTMF數(shù)據(jù)的發(fā)送，且容易對(duì)其進(jìn)行軟件控制。
另外，考慮到后面的設(shè)計(jì)需自動(dòng)摘機(jī)，轉(zhuǎn)換開關(guān)用繼電器實(shí)現(xiàn)，以利于單片機(jī)控制。 2.2 錄音功能的實(shí)現(xiàn) 2.2.1 ISD2590芯片 錄音時(shí)主要用ISD2590芯片，它是美國ISD公司的專門產(chǎn)品，具有音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等特點(diǎn)。
該芯片采用模擬數(shù)據(jù)直接在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的技術(shù)，不需經(jīng)過A/D或D/A轉(zhuǎn)換。因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。片內(nèi)信息可保存100年（無需后備電源），存儲(chǔ)單元可反復(fù)錄音十萬次。 （1） 芯片的電路特性 %26;#183;手動(dòng)操作/微控制器控制兼容； %26;#183;多段信息處理，可分1～600段； %26;#183;輸入采樣頻率5.3kHz； %26;#183;典型帶寬2.3kHz； %26;#183;外部時(shí)鐘頻率1024.0kHz。 （2） 部分引腳描述 %26;#183;節(jié)電控制（PD） 本端拉高使芯片停止工作，進(jìn)入不耗電的省電狀態(tài)。芯片發(fā)生溢出，即OVF端變低后，要將本端短暫變高復(fù)位芯片，才能使之再次工作。 %26;#183;片選（CE） 本端變低后（而且PD為低），允許進(jìn)行錄放操作。芯片在本端的下降沿鎖存地址線和P/R端的狀態(tài)。 %26;#183;錄放模式（P/R）
本端在CE的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時(shí)，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到CE或PD變高，或內(nèi)存溢出。如果CE是前一種情況，芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入EOM標(biāo)志。放音時(shí)，由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到EOM標(biāo)志。如果CE一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會(huì)忽略EOM，繼續(xù)進(jìn)行。 %26;#183;信息結(jié)尾標(biāo)志輸出端（EOM） 信息何時(shí)結(jié)束在錄音時(shí)進(jìn)行設(shè)定。只要CE端上升沿到來，錄音就停止，此時(shí)ISD芯片會(huì)在內(nèi)部一個(gè)獨(dú)立的EEPROM單元內(nèi)設(shè)置一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)志EOM。當(dāng)由CE端脈沖觸發(fā)放音時(shí)，放音持續(xù)到EOM位為止。 ISD芯片存儲(chǔ)陣列的每一行都可以獨(dú)立尋址，每一行中均勻地布置4個(gè)EOM定位點(diǎn)，因此芯片共有2400個(gè)定位點(diǎn)（4%26;#215;600=2400）。例如ISD2590采樣頻率為5.3kHz，每行的尋址時(shí)間為160ms，則EOM的分辨率為40ms。這樣，從信息結(jié)束到EOM信號(hào)輸出的最大延時(shí)是40ms。EOM信號(hào)為負(fù)脈沖，脈寬為20ms。上升沿實(shí)際上標(biāo)志信息的結(jié)束，因此語音在EOM處于低電平時(shí)仍繼續(xù)從芯片輸出，而在上升沿時(shí)停止。 %26;#183;地址/模式輸入端（Ax/Mx） 地址端有兩個(gè)作用，取決于最高兩位（A8、A9）的狀態(tài)。當(dāng)最高兩位中至少有一個(gè)為0時(shí)，所有輸入均解釋為地址位，作為當(dāng)前錄放操作的起始地址。當(dāng)這兩位全部為1時(shí)，地址端就作為工作模式選擇端（高電平有效）。因此操作模式和尋址是相互排斥的（具體的操作模式可參考有關(guān)資料）。地址端只作輸入，不輸出操作過程中的內(nèi)部地址信息。地址在CE的下降沿鎖存。 %26;#183;話筒前置放大器輸出端（ANA OUT） 這個(gè)輸出經(jīng)電容耦合到模擬輸入（ANA IN）腳。前置電壓增益取決于AGC端電平。 %26;#183;模擬量放大器信號(hào)輸入端（ANA IN） 本端為芯片錄音信號(hào)輸入端。它接到輸入阻抗約為2.7kΩ的固定增益放大器。對(duì)話筒輸入來說，ANA OUT端應(yīng)通過外接電容連至本端。該電容和本端的3kΩ輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其他音源可通過交流耦合直接連接至本端（繞過了ISD的前置）。 %26;#183;話筒輸入信號(hào)端（MIC） 本端用于放大1～20mV的信號(hào)，它是增益可控的跨導(dǎo)放大器，輸入阻抗10kΩ，最大增益24dB。一般駐極體話筒輸出的電平足夠驅(qū)動(dòng)該放大器。由于輸入阻抗已知，頻率響應(yīng)的下限由音頻信號(hào)源和輸入耦合電容決定。對(duì)于ISD2590，駐極體話筒選用0.1μF的耦俁電容，它和本端的10kΩ輸入阻抗決定了芯片頻帶和低頻截止點(diǎn)。 芯片上的AGC電路控制前置放大器的增益，使增益在0～20dB之間變化，以維持合適的輸入電平。 %26;#183;話筒參考端（MIC REF） 該端是前置放大器的反向輸入端，當(dāng)以差分形式連接話筒時(shí)，可抵消噪聲，提高共模抑制比。這個(gè)輸入端如果不用，必須懸空。 2.2.2 錄音部分的電路原理 錄音部分的電路如圖3所示。 （1） 單片機(jī)除了要控制ISO2590的CE、P/R、PD和EOM4個(gè)控制端，還要控制地址端的高4位(A9～A6)，以使信息的分辨率最小為9.6s。 （2） 圖3中的繼電器開關(guān)J1-2可以控制芯片的錄音方式：當(dāng)如圖3所示連接開關(guān)，芯片從MIC錄音；當(dāng)斷開J1-2，語音信號(hào)從20腳（ANA IN）錄入芯片，MIC不起作用。 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 主程序 先掃描鍵盤（采用非編碼鍵盤），若所按鍵的鍵值小于或等于0CH，表示要發(fā)碼，轉(zhuǎn)入發(fā)碼（SENDCODE）程序。這些鍵共包括：0～9、*和#鍵。 若鍵值大于0CH，則表示是功能控制鍵，依次判斷是哪個(gè)鍵，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序。這里功能鍵共包括：ON/OFF、PLAY、READY、RECORD。
流程圖如圖4所示。 3.2 鍵盤掃描子程序 本程序采用非編碼鍵盤，單片機(jī)必須對(duì)所有按鍵進(jìn)行監(jiān)視。一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下，單片機(jī)應(yīng)通過程序加以識(shí)別，找出它的行列值，并求出它的鍵值，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，實(shí)現(xiàn)該鍵功能。 3.3 ON/OFF鍵子程序 ON/OFF鍵是摘掛機(jī)控制鍵，它對(duì)應(yīng)的鍵值是10H。 當(dāng)有振鈴信號(hào)輸入或欲輸出話音時(shí)，要將通話電路與電話線接通。此時(shí)可以按下ON/OFF鍵，單片機(jī)檢測(cè)到此鍵便控制繼電器JK1(使P1.4取反)完成此要求。 3.4 RECORD鍵子程序 RECORD鍵是錄主人留言信息控制鍵，它對(duì)應(yīng)的鍵值是0DH。 主人要把自己不在家的留言信息（例如：“您好，這是XX的自動(dòng)留言機(jī)，主人不在家，請(qǐng)留言，留言時(shí)間是80s”）。預(yù)先錄入ISD2590芯片中，以便需要時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用。在這里留有9s的時(shí)間用來錄這段話。具體操作是：選按下RECORD鍵，程序檢測(cè)到此鍵后，便開始示主人留言信息并啟動(dòng)單片機(jī)的T0中斷定時(shí)。9s后自動(dòng)停止。 由于對(duì)ISD2590進(jìn)行直接尋址時(shí)，信息的最小分辨率是150ms，所以將A0～A5都接地，將A6～A9連到單片機(jī)輸出端。這樣可以使信息的最小分辨率變?yōu)?.6s（150ms%26;#215;2 6=9.6s）。利用單片機(jī)的T0中斷定時(shí)器從ISD的初始地址（即A6～A9都為0）開始定時(shí)9s，并段時(shí)間留作主人留言區(qū)（剩下大約0.6s不用）。把接下來的80s用來錄對(duì)方留言信息。 3.5 READY鍵子程序 READY鍵是準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)留言功能控制鍵，它對(duì)應(yīng)的鍵值是0EH。 當(dāng)主人出門前，預(yù)先按下此鍵等待。當(dāng)有振鈴信號(hào)輸入時(shí)，振鈴檢測(cè)電路檢測(cè)到振鈴響了4次后，便發(fā)給單片機(jī)一請(qǐng)求信號(hào)。單片機(jī)響應(yīng)后，首先將通話電路與電話線接通（模擬摘機(jī)），然后將主人留言信息發(fā)給呼叫方，發(fā)送完畢后馬上準(zhǔn)備進(jìn)行錄音。本程序留有80s的時(shí)間錄對(duì)方留言信息，每次錄音都從上次錄音結(jié)束處開始到此次對(duì)方錄音完畢并掛機(jī)為止，循環(huán)錄制（自動(dòng)覆蓋最前面信息），每次錄音完畢自動(dòng)掛機(jī)。主人回家后，可以按下復(fù)位鍵，再進(jìn)行其他的操作（比如播放留言信息）。 流程圖如圖5所示。 3.6 PLAY鍵子程序 PLAY鍵是播放留言控制鍵，它對(duì)應(yīng)的鍵值是0FH。 當(dāng)主人要聽自己留言信息或?qū)Ψ搅粞孕畔r(shí)可以按下此鍵，這時(shí)便開始播放第一段信息（主人留言）；若不想聽此段信息，可以不等其播放完，再按一下PLAY鍵，便從第二段開始播放（對(duì)方留言）；若再按此鍵，便重新播放第一段信息；只要按的不是PLAY鍵，就跳出此子程序，ISD2590停止播放。 流程圖如圖6所示。 本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)字芯片存儲(chǔ)式自動(dòng)答錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，適合家庭和商業(yè)兩用，且在功能上可以擴(kuò)展。 （1） 若想錄多方留言信息，可以將這80s的時(shí)間細(xì)分成多段，每段多長時(shí)間預(yù)先設(shè)定好。也可在電路中加入摘掛機(jī)檢測(cè)電路，當(dāng)對(duì)方掛機(jī)時(shí)自動(dòng)停止錄音。這種情況下每段錄音時(shí)間不固定。 （2） 此電路還可以擴(kuò)展，加一些其他功能，例如： %26;#183;溫度報(bào)警功能。只要將溫度傳感器輸入端連至單片機(jī)外部中斷腳，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，便進(jìn)入中斷，單片機(jī)控制語音收發(fā)電路自動(dòng)撥號(hào)（例如撥119），并告如對(duì)方這里有火災(zāi)。 %26;#183;自動(dòng)轉(zhuǎn)接分機(jī)。可以將語音芯片再留出一小部分用來存儲(chǔ)轉(zhuǎn)接的語音提示信息（例如：請(qǐng)撥分機(jī)號(hào)，1為xx處，2為xx處），然后電路判定對(duì)方發(fā)來的DTMF碼并通過軟件和繼電器將對(duì)方自動(dòng)轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的分機(jī)上。
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