【文章內(nèi)容簡介】 存儲器中， 由于 沒有 A/D 轉(zhuǎn)換誤差，因此能夠真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂及效果聲。 ISD2590 語音芯片采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列，因此只需很少的外圍器件就 可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。 ISD2590 系列芯片引腳圖如圖 所示。 浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 圖 ISD2590 芯片引腳圖 同相模擬輸入（ ANA IN+）這是錄音信號的同相輸入端，輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 32mV，耦合電容和本端的 3kΩ 輸入阻抗決定了芯片頻率的低端截止頻率。在差分驅(qū)動時，信號最大幅度為峰峰值 16mV。 反相模擬輸入（ ANA IN）差分驅(qū)動時，這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16mV。 通過電容接地。 音頻輸出（ AUD OUT）提供音頻輸出，可驅(qū)動 5kΩ 的負(fù)載 。 串行輸入（ MOSI）此為單行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供 ISD 輸入。 串行輸出（ MISO） ISD 串行輸出端， ISD 未選中時呈高阻態(tài)。 串行時鐘（ SCLK） ISD 的時鐘輸入端，由于控制器產(chǎn)生，用于同步 MOSI 和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在 SCLK 上升沿鎖存到 ISD，在下降沿移出 ISD。 中斷（ INT）本端為漏極開路輸出， ISD 在任何操作中檢測到 EOM或 OVF 時變低并保持，中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始清除，中斷狀態(tài)也可 用 RITN 指令讀取。 行地址時鐘（ RAC）漏極開始輸出?？捎糜诖鎯芾砑夹g(shù)。 外部時鐘（ XCLK）本端有內(nèi)部下拉元件，芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校 。 在不外接時鐘時必須接地。 自動靜噪（ AM CAP） 1μF 電容構(gòu)成內(nèi)部峰值檢測電路的一部分，檢測出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較，決定自動靜噪電路的工作與否。大信號時自動靜噪電路不衰減，靜音時衰減 6dB。同時， 1μF 電容也影響自動靜噪電路時信號幅度的響應(yīng)速度接 VCCA 則禁止自動靜噪 [6]。 浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本次設(shè)計確定裝置系統(tǒng)應(yīng)該具備以下 功能： (1).鈴聲檢測、計數(shù)； (2).模擬摘掛機(jī)； (3).在線密碼校驗； (4).DTMF 信號譯碼； (5).信號輸入分析； (6).電器開關(guān)控制； (7).拓展功能：電器開關(guān)查詢、密碼在線修改； 鈴聲檢測及計數(shù)電路 查閱國家相關(guān)規(guī)定數(shù)據(jù)可以知道， 在未被呼叫之前，電話線路中由電話交換機(jī)提供大約48V 的直流電壓。而 當(dāng)并聯(lián)的電話機(jī)被呼叫時，電話交換機(jī)會發(fā)來數(shù)值約為 25177。 3 伏的正弦波，其諧鈴失真不大于 10%，振鈴以 5 秒為周期（ 1 秒送， 4 秒斷）的鈴流信號。信號的電壓有效值 90177。 15V。所以考慮到振鈴信 號電壓比較高這一情況，可以在輸入至光電耦合器之前先用一個高壓的穩(wěn)壓二極管對流鈴信號進(jìn)行降壓。經(jīng)過了光電耦合器的隔離轉(zhuǎn)換后，就可以得到時通時斷的正弦波，再經(jīng)過 RC 回路進(jìn)行濾波，就得到輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波。最后將得到的標(biāo)準(zhǔn)方波信號輸出至 C52 的中斷計數(shù)輸入口，這樣就完成了整個振鈴音檢測和計數(shù)。電路圖如圖 所示。 圖 振鈴檢測電路 原理說明：輸入的鈴音信號先通過隔直電容 C1穩(wěn)壓二極管 D1 和限流電阻 R16 組成振鈴信號變換電路，使得輸入光電耦合器的電壓和電流 不會太大。再傳至 U2（光電耦合器）的輸入端 1 口。整流穩(wěn)壓后的信號通過 U2 的 4 腳輸出正弦波信號，再經(jīng)過由 R18 和 C15 組成濾波電路和開關(guān)三極管 T1 的基極就轉(zhuǎn)換成了方波。然后經(jīng)過一個施密特反向器（可用74LS04 代替）輸出到單片機(jī) AT89C52 的 T0/ 口，其中中斷方式采用的是外部中斷模式，計數(shù) 5 次產(chǎn)生一次 T0 中斷，再由 C52 控制繼電器實現(xiàn)模擬摘機(jī)，從而完成振鈴音檢測的整個過程。 原器件選取： C14 為隔直電容，由于是過濾直流，要去除低頻信號，由于輸入的振鈴信號相對來說電壓比較高，因此選取的電容大小為 10μ F、耐壓值 100V； D1 起穩(wěn)壓作用，大小取 36V； 浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 R16 是限流電阻，取 33 kΩ； U2 為光電耦合器，型號 4N25； R18 和 C15 共同組成一個濾波電路，根據(jù)國家規(guī)定的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)： 1 秒通， 4 秒斷，頻率為 25Hz 大小的正弦波，由公式τ =RC 可以推出 ≤τ≤ 4（ S）。為了得到較好的輸出方波波形，計算后選取 R18=10kΩ， C15=100μ F，τ =1s； R17 和 L2 組成振鈴指示燈， R17=100Ω， L2 為黃色 5mm 發(fā)光二極管； T1 和 R19 組成模擬開關(guān)電路， T1 選取 9013，根據(jù)分壓原理和 74LS04 的低電平有效值， R19 取 kΩ； 反向器由 74LS04 中的二組反向器組成，起整流作用； 模擬摘掛機(jī)電路 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：任何固定電話在摘機(jī)狀態(tài)下的直流電阻應(yīng)不大于 300Ω，帶有“ R”鍵的固定電話在摘機(jī)狀態(tài)下直流電阻必須小與 350Ω。并且在電話掛機(jī)的狀態(tài)下漏電流要小于或者等于 5μ A。當(dāng)電話摘機(jī)時，電話機(jī)會通過內(nèi)置叉簧接上大約 200Ω的負(fù)載，使得整個電話線回路的電流大約保持在 30mA 左右。檢測到這一電流后交換機(jī)停止鈴流發(fā)送，同時將線路中的直流電壓穩(wěn)定在十幾 伏左右，從而完成接續(xù) [13]。模擬摘掛機(jī)電路的設(shè)計如圖 所示，模擬摘掛機(jī)電路主要由一個光電耦合器組成的開關(guān)電路來控制繼電器的開關(guān)，繼電器又控制接入到電話線兩端的一個大小約為 200Ω的保護(hù)電阻。當(dāng) C53 的 口變?yōu)楦唠娖绞潜銜l(fā)出摘掛機(jī)指令，再經(jīng)過一個 74LS04 反向器驅(qū)動發(fā)光二極管，同時改變光敏三極管 U3 的基極電壓，使 U3 導(dǎo)通，從而開啟繼電器 RL1， RL 的導(dǎo)通使的電阻 R20 接入到電話線的兩端。R20 使回路電流變大，控制電路向交換機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)的信號，交換機(jī)收到控制電路發(fā)出的摘機(jī)信號并對信號進(jìn)行處理后 就完成了電話線路接通。至此完成模擬摘機(jī)的整個過程。 圖 模擬摘掛機(jī)電路 原器件選取如下： U3 是光控三極管，其中右邊三極管是起對單片機(jī)控制信號的放大作用，左邊部分是摘機(jī)指示燈，取 5mm 綠色發(fā)光二極管； R22 是摘機(jī)指示燈限流保護(hù)電阻，取 220Ω； TR1 是變壓器感應(yīng)變壓輸出； C16 起對電話線電壓積累作用； R21 是三極管限流電阻，取 2kΩ； 浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 D2 二極管是起繼電器反向保護(hù)的作用，取 4001； RL1 是繼電器控制開關(guān) ，取 JRC 4001F(DC5V)； R20 是摘機(jī)電阻，取 200Ω； 密碼校驗 本模塊可以在系統(tǒng)初始化的時候，在 C52 內(nèi)部的存儲器的內(nèi)部開辟一塊空間放置密碼。當(dāng)用戶輸入密碼的時候，單片機(jī)把輸入的密碼寫入另外的一塊空間，然后利用減法運(yùn)算比較兩者是否相等，實現(xiàn)密碼檢測的功能。 DTMF 解碼電路 DTMF 技術(shù)是一種利用聲音頻率的不同音調(diào)來傳送撥號信號以取代直接撥號脈沖的方法。 DTMF 是由低頻組（ 697Hz～ 941Hz）和高頻組（ 1209Hz～ 1633Hz）兩組頻率信號疊加構(gòu)成的。設(shè) v(t)為 DTMF 信號， vl(t)和 vh(t)分別代表選自高頻組和低頻組的兩個信號，它們之間滿足公式 31： v(t) = vl(t) + vh(t) = Asinω lt + Bsinω ht (31) DTMF 信號中共有 16（ 24）種組合，其中的 10 種組合分別代表數(shù)字 0~9，其余 6 種組合用做特別信令。 CCITT 和我國國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了電話鍵盤按鍵與 DTMF 信號的對應(yīng)關(guān)系，如表 所示 【 9】 。 表 電話鍵盤按鍵與 DTMF 信號的對應(yīng)關(guān)系 高頻組 (Hz) 1209 1336 1477 1633 低頻組 (Hz) 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 D 該模塊是這整個系統(tǒng)中最重要的一部分，它的工作性能直接決定了整個系統(tǒng)是否能夠工作以及工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，所以在初步設(shè)計的過程中進(jìn)行了細(xì)致的比對和挑選。發(fā)現(xiàn)使用電話專用的雙音頻編解碼芯片進(jìn)行雙音頻信號的解碼是比較常用的一種方法。由于是集成電路，所以它的外圍電路簡單并且可靠性強(qiáng)。通過解碼，信 號被轉(zhuǎn)換成可直接被 C52 讀取的碼制信號。所以決定采用集成片 MT8870 來完成此功能模塊。當(dāng)用戶通過電話按鍵發(fā)來振鈴信號，經(jīng)過隔直濾波后，由 MT8870 進(jìn)行譯碼，當(dāng) MT8870 接收到信號并解出正確的 BCD數(shù)據(jù)時，會將 CID 端電位轉(zhuǎn)換成高電平，通知 CPU 將得到的四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)取走。數(shù)據(jù)從P1 口讀入，略去高四位后 CPU 會將數(shù)據(jù)保存于內(nèi)部的 R7 寄存器單元 [10]，并對讀入的數(shù)值進(jìn)行對比判斷，這樣就完成了對輸入信號的解譯，相關(guān)的模塊電路如圖 所示。 浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 圖 信號解碼電路 本單元元器件列表： R R C1 和 C2 共同組成整流電路，其中 R R2 取 17KΩ ,C C2 取 F； R R R5 是輸入平衡電阻，取 100KΩ , 芯片外部晶振 Y1 選擇 ； MT1 是雙音頻解碼芯片，選取 MT8870； C3 選取 F； R6 是輸出平衡電阻，選取 470KΩ； 反向器選取 74LS04 的一組反向器； 語音信號提示電路 為了方便使用，預(yù)先規(guī)定了信號音的規(guī)范以及其對應(yīng)含義： 響 1 聲，頻率為 500Hz：請輸入密碼； 響 2 聲，頻率為 500Hz：請輸入需要控制的電器號； 響 3 聲，頻率為 500Hz：請輸入控制開 /關(guān)； 響 1 聲，頻率為 1000Hz：完成操作； 響 3 聲，頻率為 1000Hz：密碼錯誤； 本系統(tǒng)所使用的語音芯片是 ETC 公司生產(chǎn)的 ISD2590 型號語音處理芯片。把語音提示芯片 ISD2590 最高地址位 PLAYL(腳 9)， PLAYE(腳 10)置為高電平時，芯片即進(jìn)入可操作狀態(tài)。操作模式根據(jù) A0～ A7 引腳的高低電平的不同組合總共可分為 256 種不同的模式。為了能夠盡量的節(jié)省輸入輸出端口線，所以采用了 M1 和 M6 結(jié) 合的方法來實現(xiàn)對芯片的操作。首先將芯片的錄放控制 P/R 端置高，地址位 A0— A7 置高，現(xiàn)在芯片即處于信息檢索模式的信息讀取狀態(tài)。舉例來說，如果想要播放第 N 段的語音，可以先給 PD 端一個高電平脈沖，使地址指針復(fù)位為 0，然后拉高 SP+，在 CE 端再加一個低脈沖即可播放第 N 段的語音信息，直到此段后的 EOM 標(biāo)志出現(xiàn)為止。信號音從 ISD2590 的 SP+口輸出，先經(jīng)過一組反向器進(jìn)行整流、隔離，從反向器輸出的是頻率一定，時通時斷的方波，提示信號通過隔直電容 C11 輸入到音頻放大集成電路 LM386 的輸入端。經(jīng)過 LM386 的放大，信 號音經(jīng)耦合電容 C14 至變壓器 T1，它是音頻輸出專用的耦合變壓器，正好符合阻抗匹配的要求 [6]。 ISD2590 的外圍電路單元如圖 所示 浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 圖 ISD2590 外圍電路 原器件選?。? 反向器選取 74LS04 中的一組反向器； C11 的是對音頻信號起隔直耦合的作用，取 100μ F 的電解電容； U R1 R1 R1 R1 C C9 和 C13 共同組成音頻放大電路， U4 選取 LM386，R11 取 1kΩ， R12 取 1kΩ， R13 取 20KΩ， R14 取 10Ω K,C8 取 10μ F 的電解電容， C9 取 10μ F 的電解電容， C13 取 100μ F 的電解電容。 音頻放大集成電路 LM386 的連接比較簡單，本系統(tǒng)中使用的是 LM386 放大增益為 50dB的連接方式。利用 LM386 低壓音頻功率放大器， LM386 是為低壓用戶設(shè)計的功率放大器，內(nèi)部增益為 20 倍，在 1 腳和 8 腳接電阻和電容時，可使增益增加到 200 倍，用途廣泛，使用方便，外接元件數(shù)目較少，本系統(tǒng)的音頻放大電路如圖 所示。 圖 音頻放大電路浙江海洋學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 電器控 制電路 本單元電路主要是由反向電路、 D 觸發(fā)器和繼電器等控制電路組成。電路圖如圖 所示。