【正文】 在我進(jìn)行課題內(nèi)容的研究中，從技術(shù)上給予了我很大的幫助和支持，而且在論文的最后評(píng)閱過程中，也給我提出了非常有價(jià)值的意見，使我獲益極深。無論是在課題立項(xiàng)還是在課題的研究階段 ，曹老師都給了我很大的幫助。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 具有極強(qiáng)的實(shí)用性 ，由于時(shí)間關(guān)系，無論軟件設(shè)計(jì)還是硬件設(shè)計(jì)，都還存在不足的地方，還需要在技術(shù)水平和可靠性方面進(jìn)一步改進(jìn)。 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我不論是從理論知識(shí)還是從實(shí)際操縱中都學(xué)到了 不少知識(shí)，我接觸到更多平時(shí)沒有接觸過的科學(xué)儀器設(shè)備、元器件，并且獲得了相關(guān)的儀器調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己在這方面的很多不足之處。 圖 錄放音操作流程圖 29 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)通過對(duì)利用單片機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)應(yīng)用的簡(jiǎn)單介紹，使我熟悉了 1SD4004 的基本應(yīng)用。錄音操作主要是將外部輸入的語(yǔ)音存儲(chǔ)到 ISD4004 里，本系統(tǒng)留有廣播 錄音接 121，通過專用音頻電纜與中心數(shù)字錄音設(shè)備相連，向錄音設(shè)備提供中心廣播的音頻信號(hào)．以便實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)錄音的功能；放音操作主要將存儲(chǔ)到內(nèi)部的語(yǔ)音數(shù)據(jù)同放出來．本系統(tǒng)通過功放模塊接多媒體喇叭。電路原理圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)組成方框圖 系統(tǒng)原理電路設(shè)計(jì) 醫(yī)院語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)安裝在醫(yī)院大廳或科室的 天花板上，要求有相關(guān)語(yǔ)音服務(wù)和循環(huán)播報(bào)的功能，采用 ISD4004 語(yǔ)音芯片可以滿足此要求。如果是放音或錄音命令，則把解碼出來的地址碼傳送給 ISD4004，啟動(dòng) ISD 工作。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本研究采用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為系統(tǒng)核心，完成遠(yuǎn)程遙控錄音和語(yǔ)音播報(bào)等。 26 圖 系統(tǒng)流程圖 基于 ISD4004 的紅外遙控醫(yī)院語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 隨著醫(yī)院現(xiàn)代化、智能化的推進(jìn)．靠人工咨詢掛號(hào)、了解專家、藥品報(bào)價(jià)、科室介紹、疾病預(yù)防傳達(dá)等已經(jīng)不能適應(yīng)醫(yī)院信息化建設(shè)的需求。 25 圖 語(yǔ)音錄放模塊硬件電路 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基于上述硬件原理圖和相關(guān)分析，軟件部分的主要任務(wù)是完成對(duì)熱釋電紅外傳感模塊傳出的數(shù)字信號(hào) V0 的處理，語(yǔ)音服務(wù)的軟件實(shí)現(xiàn)以及適時(shí)的語(yǔ)音錄放。該典型電路中， LM386M 一 1 的 1 腳和 8 腳間外接10uF的旁路電容，可以使電路的放大倍數(shù)提高 200倍。 MKl 為麥克風(fēng)，用于錄入語(yǔ)音， 可完成普通的現(xiàn)場(chǎng)錄音。若啟動(dòng)報(bào)警，則通過控制已存有報(bào)警內(nèi)容的語(yǔ)音芯片對(duì)不法分子進(jìn)行語(yǔ)音警告，然后重復(fù)播放若干次語(yǔ)音報(bào)警內(nèi)容以警醒主人或周圍的人，接著對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錄音，記錄報(bào)警時(shí)間；同時(shí)在數(shù)碼管上顯示報(bào)警次數(shù)，并可以通過相應(yīng)按鍵查詢報(bào)警時(shí)間，便于破案。由于不法分子一般在門外待的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此使 用者結(jié)合自己家庭所處環(huán)境及人流情況，通過鍵盤設(shè)置最佳的報(bào)警響應(yīng)時(shí)間，以便對(duì)他們進(jìn)行區(qū)分。其中報(bào)警子系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器作為報(bào)警信號(hào)采集裝置， AT89S51 單片機(jī)作為主控制器，語(yǔ)音芯 片 ISD4004 作為報(bào)警和語(yǔ)音服務(wù)執(zhí)行裝置，鍵盤和數(shù)碼管作為人機(jī)接口 。在這種方法失效的情況下，可以記 錄入侵時(shí)間，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)錄音，然后通過電話或其他方式通知主人或報(bào)警中心。在有警情發(fā)生時(shí)這些報(bào)警系統(tǒng)會(huì)通知主人或報(bào)警中心，但是他們的響應(yīng)都需要一定的時(shí)間，24 很有可能在他們的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)不法分子已經(jīng)完成了偷盜行為。 這種單純的機(jī)械裝置，在較長(zhǎng)時(shí)間無人在場(chǎng)的 情況下，防盜效果往往不盡如人意，所以人們需要有新的防盜系統(tǒng)作為補(bǔ)充。 測(cè)試 3： 若錄音時(shí)按下 鍵，則能停止錄音功能；若放音時(shí)按下 鍵，能夠停止放音功能。 表 功能測(cè)試表 測(cè)試點(diǎn) 內(nèi)容 說明 1 錄音功能是否實(shí)現(xiàn) 當(dāng)按下 鍵時(shí)，從指定地址開始錄音 2 放音功能是否實(shí)現(xiàn) 當(dāng)按下 鍵時(shí)，從指定地址開始放音 3 停止 按鍵是否正常 當(dāng)按下 鍵時(shí)，停止當(dāng)前的操作 測(cè)試結(jié)果 測(cè)試 1： 當(dāng)按下 鍵時(shí)，從 0XA0 地址開始錄音，運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期相同。如果有按鍵按下 ， 則轉(zhuǎn)去 執(zhí)行該按鍵指向的工作程序 。R2R3為地址計(jì)數(shù)器。 監(jiān)控 ISD4004 錄音地址的實(shí)例 我們可以用 ST89C51來檢測(cè) ISD4004的 RAC引腳來實(shí)現(xiàn)錄音地址的監(jiān)控。只需把事先編輯好的語(yǔ)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。 我們可以利用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì) 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(duì)信息進(jìn)行剪輯、合成等處理達(dá)到對(duì)語(yǔ)音信息特定的要求。 但由于微處理器的查詢速度相對(duì)于 RAC時(shí)鐘頻率要快得多，所以，如果通過查詢的方法檢測(cè) RAC 每個(gè)周期的低電平時(shí)，在上一次檢測(cè)到 RAC低電平時(shí)必須要 經(jīng)過一段延時(shí)才能再檢測(cè) RAC，這樣檢測(cè)到的低電平才是有效的 ,這段延時(shí)可以說是“假延時(shí)”。這個(gè)時(shí)鐘相對(duì)于微控制 器的速度來說較慢，上例為 200ms。每個(gè)錄放周期都從這 200ms的“語(yǔ)音存儲(chǔ)塊”的塊首開始，如圖 所示。 ISD40048MP 每一行周期為 200ms,這就是器件的地址分辨率。對(duì)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。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)。 下面 以 ISD40048MP 為例來說明如何利用硬件結(jié)構(gòu)尋址 。 若干條信息按順序分別錄入到芯片內(nèi) ，比如稱其 為 a,b,c,d信息 。例如 ， 我們可以利用軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信息的剪輯 、 合成等操作來達(dá)到我們對(duì)語(yǔ)音信息特殊的要求 。 圖 硬件連接圖 ISD4004 原理圖 ISD4004 開發(fā)板是由 ISD4004 芯片、 LM386 低壓音頻小功率放大器和 AMS1117 電壓轉(zhuǎn)換芯片焊接而成，其連接如圖 所示。 控制部分則主要由單片機(jī) 89C52 構(gòu)成 ， 包含必要的按鍵電路 、 復(fù)位 電路和看門狗電路等外圍電路 。該系統(tǒng)的硬 件電路連接如圖 1 所示： 本系統(tǒng)可以主要分為三部分 。 控制部分則主要由單片機(jī) AT89C51 構(gòu)成，包含必要的按鍵電路、復(fù)位電路和指示電路等外圍電路。sec TSCKhi SCLK High Time 400 nsec TSCKlow SCLK Low Time 400 nsec F0 CLK(Frequency) 1000 kHz 18 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì) 本文的語(yǔ)音錄放系 統(tǒng)所采用的是錄放時(shí)間為 八至十六分鐘 的 ISD4004 語(yǔ)音芯片。這樣就完成里一個(gè) spi時(shí)序。那么第一個(gè)上升沿來的時(shí)候數(shù)據(jù)將會(huì)是 sdo=1；寄存器 =0101010x。 SPI 端口簡(jiǎn)單框圖如下 ： 圖 SPI 端口 時(shí)序 SPI 總線協(xié)議是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由 ss（ cs）、 sck、 sdi、 sdo 構(gòu)成，其時(shí)序主要是在sck 的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)語(yǔ)音提 示功能很有用。詳 見表 ： 表 控制器功能 位 值 功 能 位 值 功 能 RUN 1 0 允許 /禁止操作 開始 停止 PU 1 0 電源控制 上電 掉電 P/R 1 0 錄 /放模式 放音 錄音 IAB 1 0 操作是否使用指令地址 忽略輸入地址寄存的內(nèi)容 使用輸入地址寄存的內(nèi)容 MC 1 0 快進(jìn)模式 允許快進(jìn) 禁止 P15P0 A15A0 行指針寄存器輸出 輸入地址寄存器 注 ： IAB 置 0 時(shí) ,錄 、 放 操作從 A9A0 地址開始 。 SPI 端口的控制位 SPI 端口有兩個(gè)硬件控制位 MISO 和 MOSI， SPI 控制寄存器控制放、錄、信息檢索、上電、掉電、啟動(dòng)和停止、忽視地址指示等功能。后跟 REC 指令可使錄音繼續(xù)進(jìn)行下去 REC 10110XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 從當(dāng)前地址開始錄音 (直至 OVF 或停止 ) SET MC 11101XXXA15 A0 從指定地址開始快進(jìn)。 15 表 指令表 指令 8 位控制碼 16 位地址 操作摘要 POWERUP 00100XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 上電 :等待 TPUD后器件可以工作 SET PLAY 11100XXX A15A0 從指定地址開始放音。 6 發(fā) REC 命令 。 4 等待 2 倍 TPUD。 2 等待 TPUD(上電延時(shí) )。器件會(huì)從此 00 地址開始放音 ,當(dāng)出現(xiàn) EOM 時(shí) ,立即中斷 ,停止放音。 3 發(fā)地址值為 00 的 SETPLAY 命令 。 例如 ,從 00 從處發(fā)音 ,應(yīng)遵循如下時(shí)序 : 1 發(fā) POWERUP 命令 。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。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。 信息快進(jìn) 用戶不 必知 道信息 的確 切地址 ,就能 快進(jìn)跳 過一 條信息 。 8 所有操作在運(yùn)行位 (RUN)置 1 時(shí)開始 ,置 0 時(shí)結(jié)束。 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。 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。 4 SS 變低 ,輸入指令和地址后 ,ISD 才能開始錄放操作。 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。 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(duì) ISD4004 而言 ,在時(shí)鐘止升沿鎖存 MOSI 引腳的數(shù)據(jù) ,在下降沿將 數(shù)據(jù)送至 MISO 引腳。本端接 VCCA 則禁止自動(dòng)靜噪。大信號(hào)時(shí) ,自動(dòng)靜噪電路不 衰減 ,靜音時(shí)衰減 6dB。通常本端對(duì)地接 1mF 的電容 ,構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部 分。在不外接地時(shí)鐘時(shí) ,此端必須接地。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。工業(yè)級(jí)芯片13 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。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)?？爝M(jìn)模式下 ,RAC 的 s 是高電 平 , s 為低電平。每個(gè) RAC 周期表示 ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行 (ISD4004 系列中的 存貯器共 2400 行 )。 EOM 標(biāo)志 只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的 EOM 標(biāo)志時(shí) ,此狀態(tài)位才置 1。中斷狀態(tài)也可用 RINT 指令讀取。 ISD 在任何操作 (包括快進(jìn) )中檢測(cè)到 EOM 或 OVF 時(shí) ,本端變低并保 持。數(shù)據(jù)在 SCLK上升沿鎖存到 ISD,在下降沿移出 ISD。 ISD 未選中時(shí) ,本端呈高阻態(tài)。 6 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。信號(hào)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。差分驅(qū)動(dòng)時(shí) ,信號(hào)最大幅度為峰峰值 16mV，為 ISD33000 系列相同。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。 12 2 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。采 樣頻 率可為 ,頻率 越 低 ,錄 放時(shí) 間 越長(zhǎng) ,而音 質(zhì) 則 有 所下 降 ,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中