【文章內(nèi)容簡介】 是一個(gè)帶通濾波器 , 通頻帶為 300～ 510Hz。 當(dāng)信號頻率落在 320～ 510Hz范圍以內(nèi)時(shí)，能從 IRQ端輸出方波，否則 IRQ端為低電平。 電源電路設(shè)計(jì) 供電部分輸入 220V、 50Hz 交流電，輸出全機(jī)所需的兩 種電壓： +5V 和+3V。 7805 系列為 3 端 正穩(wěn)壓電路 ,TO220 封裝，能 夠 提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保 護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 5V， 3V 電源電路如圖所示。 三端集成穩(wěn)壓電源性能優(yōu)越，但是它的14 最低穩(wěn)壓電壓為 5V，采用三個(gè)二極管降壓，使 5V 的直流電變成約 3V。 圖 28 5V電源電路 圖 29 3V電源電路 15 第 3章 語音芯片 及錄放音電路 語音芯片 ISD4004 ISD4004 芯片 本設(shè)計(jì)所使用的語音芯片 是 ISD4004。 用于對語音信號的錄制存儲(chǔ)和輸出。 通過單片機(jī)的 I/O口對 ISD4004系列語音芯片進(jìn)行錄音、放音等控制，其結(jié)構(gòu)簡單、控制可靠、有較高的實(shí)用價(jià)值。 ISD4004系列工作電壓為 3V。 單片錄放時(shí)間 4至 8分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動(dòng)電話及 他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS技術(shù) ,內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制 , 操作命令可通過串行通信接口(SPI/Microwire)送入。 芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技 術(shù) , 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中 ,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 。 采樣頻率可為、 、 、 ， 頻率越低 ,錄放時(shí)間越長 ,而音質(zhì)則有所下降 ,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中 ,可在斷電情況下保存 100年 (典型值 ),反復(fù)錄音 10萬次。 引腳說明 圖 31 ISD4004 管腳圖 16 電源 :(VCCA,VCCD) 為使噪聲最小 ,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線 ， 并且分別引到外封裝 的不同管腳上 ,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線 ,盡可能在靠近供電端處相連 ,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。 地線 :(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。 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(dòng)。單端輸入時(shí) ,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 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí) ,信號最大幅度為峰峰值 16mV。 反相模擬輸入 (ANA IN) 差分驅(qū)動(dòng)時(shí) ,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 音頻輸出 (AUD OUT) 提供音頻輸出 ,可驅(qū)動(dòng) 5KΩ 的負(fù)載。 片選 (SS) 此端為低 ,即向該 ISD4003 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入 (MOSI) 此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端 ,供 ISD 輸入。 串行輸出 (MISO) ISD 的串行輸出端。 ISD 未選中時(shí) ,本端呈高阻態(tài)。 串行時(shí)鐘 (SCLK) ISD 的時(shí)鐘輸入端 ,由主控制器產(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 (包括快進(jìn) )中檢測到EOM 或 OVF 時(shí) ,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指令讀取。 OVF 標(biāo)志 指示 ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的未尾。 EOM 標(biāo)志 只在放音中檢測到內(nèi)部的 EOM 標(biāo)志時(shí) ,此狀態(tài)位才置 1。 行地址時(shí)鐘 (RAC) 漏極開路輸出。每個(gè) RAC 周期表示 ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行 (ISD4003 系列中的存儲(chǔ)器共產(chǎn) 1200 行， ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行 )。該信號 175ms 保持高電平 ,低電平為 25ms?？爝M(jìn)模式下 ,RAC17 的 s 是高電平 , s 為低電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。 外部時(shí)鐘 (XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校 ,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi) , 頻率變化在+%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi) ,頻率變化在 6/+4%內(nèi) ,此時(shí)建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度 ,可從本端輸入外部時(shí)鐘 (如附錄所列 )。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定 ,故上述推薦的時(shí)鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時(shí)鐘的占空比無關(guān)緊要 ,因內(nèi)部首先進(jìn)行了 分頻。在不外接地時(shí)鐘時(shí) ,此端必須接地。 自動(dòng)靜噪 (AMCAP) 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí) ,自動(dòng)靜噪功能使信號衰弱 ,這樣有助于養(yǎng)活無信號 (靜音 )時(shí)的噪聲。通常本端對地接 1mF 的電容 ,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較 ,決定自動(dòng)靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號時(shí) ,自動(dòng)靜噪電路不衰減 ,靜音時(shí)衰減 6dB。 1mF 的電容也影響自動(dòng)靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接 VCCA 則禁止自動(dòng)靜噪。 ISD4004 內(nèi)部存儲(chǔ)信息管理機(jī)制 在本設(shè)計(jì)中， ISD4004 能夠儲(chǔ)存 4分鐘的語音信息因此 能夠存儲(chǔ)若干條留言。 若干條信息按順序分別錄入到芯片內(nèi)，比如稱其為 4 信息。 需要知道每一時(shí)刻的錄音信息在 ISD芯片存儲(chǔ)器中所處的位置，這樣有利于 實(shí)時(shí)地監(jiān)控 ISD4004語音芯片工作的位置，從而能夠知道所錄的每段信息的開頭和結(jié)尾的準(zhǔn)確地址，便于我們對已錄入的信息進(jìn)行管理。 ISD4004內(nèi)置了特殊的信息尋址機(jī)制，即行地址時(shí)鐘 (以下簡稱 RAC)。為了理解其工作原理，有必要先介紹器件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 ISD4004的存儲(chǔ)器分為 2400行。對器件尋址，就是選 擇一行，從行首開始錄、放操作，而每行中的各列是不可尋址的。每一行的所有操作都從第一列開始。 ISD4004每一行周期為 200ms 這就是器件的地址分辨率。其中每行18 有 175ms的高電平， 25ms的低電平。每個(gè)錄放周期都從這 200ms的“語音存儲(chǔ)塊”的塊首開始，如 下 圖所示。 175ms 200ms 圖 32 ISD4004周期 RAC在行末前 25ms變低，在恰好到達(dá)行末時(shí)變高 ,這就類似一個(gè)時(shí)鐘，幫助你確定錄放操作已到何處。這個(gè)時(shí)鐘相對于微控制器的速度來說較慢，上例為 200ms。因此，微控制器很容易通過軟件查詢 RAC的方法來確定何時(shí)已到達(dá)行末。 但由于微處理器的查詢速度相對于 RAC 時(shí)鐘頻率要快得多，所以，如果通過查詢的方法檢測 RAC 每個(gè)周期的低電平時(shí)，在上一次檢測到 RAC 低電平時(shí)必須要經(jīng)過一段延時(shí)才能再檢測 RAC，這樣檢測到的低電平才是有效的 ， 這段延時(shí)可以說是“假延時(shí)”。延時(shí)的時(shí)間必須大于 RAC低電平的時(shí)間，而小于 RAC的周期 。 可以利用一個(gè)計(jì)數(shù)器對 RAC引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且通過 LED顯示器實(shí)時(shí)地把計(jì)數(shù)器的值顯示出來，這樣我們不但可以知道錄入的每段信息的開頭和結(jié)尾的地 址，而且還可以知道每段信息之中特定內(nèi)容的地址，從而可以建立地址表對信息 進(jìn)行剪輯、合成等處理達(dá)到對語音信息特定的要求。同樣，在放音時(shí) 也可以實(shí)現(xiàn)對語音信息的準(zhǔn)確放音。只需把事先編輯好的語音信息的準(zhǔn)確地址傳送到 ISD4004的控制口就可以實(shí)現(xiàn)指定地址的放音。如果需要的 話，還可以對 ISD4004的放音地址進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，其方法與錄音時(shí)類似。 ISD4004 錄音電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中的語音芯片的輸入采用了單端輸入的方法， MIC采用小型駐極體麥克風(fēng)。由于麥克風(fēng)的輸出信號較小，為了達(dá)到語音輸入信號要求，采用一個(gè)三極管電路來放大信號。此電路用來把 主 人 不在家的留言信息（例如： ―您19 好 ,這 是 XX的自動(dòng)留言機(jī) ,主人不在家 ,請留言 。 ‖） ， 預(yù)先錄入 ISD4004芯片中，以便需要時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用 。 圖 33 電話錄音電路 要把電話線上的語音信號錄制到 語音芯片 ISD4004中，通 過音頻輸入變壓器把電話線上的語音信號耦合到 MIC輸入端。 變壓器是變換交流電壓、電流和阻 抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組， 其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。 ISD4004 放音電路設(shè)計(jì) ISD4004內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)能力較低，外接一個(gè) LM386 可驅(qū)動(dòng) W 的喇叭。自動(dòng)靜噪端 AMCAP通過 1μ F電容接地， XCLK接地，使用內(nèi)部時(shí)鐘。 LM386是為低電壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的音頻功率放大器。增益在內(nèi)部設(shè)定到 20可使外部元件數(shù)少，在引腳 1 和 8 之間連接電阻和電容可使增益超過 200 。該集成電路適用于調(diào)幅 調(diào)頻無線電放大器、便攜式磁帶重放設(shè)備、內(nèi)部通信電路、電視音頻系統(tǒng)、線性驅(qū)動(dòng)器、超聲波驅(qū)動(dòng)器和功率變換電路 。 把語音信號加載到電話線上， 由于話線中直流電壓比較高，而且還有各 20 圖 34 電話放音電路 種信號音，這些都會(huì)影響到語音信號加載到電話線上，因此此電路使用一個(gè)耦合變壓器作為隔離器件。 AT89C51 與 ISD4004 的連接 從下圖中可以看 到 89C51和 ISD4004之間的連接 原理圖 。單片機(jī)的 、 ，控制 電話錄音器 工作過程中是否放 錄 音和放音內(nèi)容； ISD4004的串行輸出引腳 MISO； ISD4004的串行輸入引腳 MSIO，從該引腳讀入放音的地址； ISD4004的串行時(shí)鐘引腳 SCLK和中斷引 腳 /INT。 圖 35 AT89C51與 ISD4004的連接 21 ISD4004 工作于 SPI 串行接口。 SPI 協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 ,協(xié)議假定微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿動(dòng)作 ,因此對 ISD4004而言 ,在時(shí)鐘上升沿鎖存 MOSI 引腳的數(shù)據(jù) ,在下降沿將數(shù)據(jù)送至 MISO 引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為： (1)所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于 SS 下降沿。 (2)SS 在傳輸期間必須保持為低電平 ,在兩條指令之間則保持為高電平。 (3)數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入 ,在下降沿移出。 (4)SS 變低 ,輸入指令和地址后 ,ISD 才能開始錄放操作。 (5)指令格式是 (5 位控制碼 )加 (11 位地址碼 )。 (6)ISD 的任何操作 (含快進(jìn) )如果遇到 EOM 或 OVF,則產(chǎn)生一個(gè)中斷 ,該中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期 開始時(shí)被清除。 (7)使用 讀 指令使中斷狀態(tài)位移出 ISD的 MISO引腳時(shí) ,控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從 MOSI 端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然 ,也允許在一個(gè) SPI 周期里 ,同時(shí)執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作 (即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容 )。 (8)所有操作在運(yùn)行位 (RUN)置 1 時(shí)開始 ,置 0 時(shí)結(jié)束。 (9)所有指令都在 SS 端上升沿開始執(zhí)行。 用戶不必知道信息的確切地址 ,就能快進(jìn)跳過一條信息。信息快進(jìn)只用于放音模式。放音速度是正常的 1600 倍 ,遇到 EOM 后停止 ,然后 內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器加 1,指向下條信息的開始處。 器件延時(shí) TPUD(8kHz 采樣時(shí) ,約為 25ms)后才能開始操作。因此 ,用戶發(fā)完上電指令后 ,必須等待 TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。 例如 ,從 00 從處發(fā)音 ,應(yīng)遵循如下時(shí)序 : (1) 發(fā) POWERUP 命令 。 22 (2) 等待 TPUD(上電延時(shí) )。 (3) 發(fā)地址值為 00 的 SETPLAY 命令 。 (4) 發(fā) PLAY 命令。 器件會(huì)從此 00 地址開始放音 ,當(dāng)出現(xiàn) EOM 時(shí) ,中斷放音。 如果從 00 處錄音 ,則按以下時(shí)序 : (1) 發(fā) POWER UP 命令 。 (2) 等待 TPUD(上電延時(shí) )。 (3) 發(fā) POWER UP 命令 (4) 等待 2 倍 TPUD。 (5) 發(fā)地址值為 00 的 SETREC 命令 。 (6) 發(fā) REC 命令。 器件便從 00地址開始錄音 ,一直到出現(xiàn) OVF(存貯器末尾 )時(shí) ,錄音停止。 23 第 4章 軟件設(shè)計(jì)