語(yǔ)音播報記事器的設計

摘要：設計了一個(gè)能夠實(shí)現語(yǔ)音記錄且能夠自動(dòng)播放的系統。整個(gè)系統使用AT89S52單片機作為、微控制器，通過(guò)對ISD4004的控制實(shí)現語(yǔ)音的存儲與回放。PCF8563為本系統提供時(shí)間和日歷等信息。當進(jìn)行錄音和放音時(shí)，PCF8563亦可作為計時(shí)器件使用。外接矩陣鍵盤(pán)和LED數碼管，可方便人機間的對話(huà)。該系統能夠錄放音達16 min，能夠分4段進(jìn)行錄音和放音，并能實(shí)現自動(dòng)播放，音量大小也可以調節。該設計的特點(diǎn)還在于可以實(shí)現語(yǔ)音的定時(shí)自動(dòng)播放。
關(guān)鍵詞：PCF8563；ISD4004語(yǔ)音芯片；單片機；語(yǔ)音記錄；回放

0 引 言
隨著(zhù)數字電子技術(shù)的發(fā)展和單片機等微控制器的產(chǎn)生，語(yǔ)音的存儲與自動(dòng)播放變得易于實(shí)現。目前語(yǔ)音存儲與自動(dòng)播放系統已經(jīng)廣泛應用于日常生活當中。公共汽車(chē)上的語(yǔ)音報站器、銀行和醫院的排隊等候系統等，都是語(yǔ)音存儲與自動(dòng)播報系統的應用。本文介紹一種以語(yǔ)音存儲與自動(dòng)播放系統為基礎的語(yǔ)音播報記事器設計。該設計以ISD4004：語(yǔ)音芯片和AT89S52單片機為中心，很好地實(shí)現了語(yǔ)音存儲與自動(dòng)播放。

1 硬件設計原理
語(yǔ)音播報記事器的主要功能是實(shí)現語(yǔ)音存儲與定時(shí)播放。要實(shí)現語(yǔ)音存儲與定時(shí)播放的方法很多，可供選擇的器件也很多。由于單片機等微控制器的出現和數字電路技術(shù)的發(fā)展，使得現在的語(yǔ)音存儲與自動(dòng)播放變得易于實(shí)現。本設計采用單片機作為微控制器。單片機的字長(cháng)由4位、8位、16位發(fā)展到32位。目前這幾種字長(cháng)的單片機同時(shí)存在于市場(chǎng),用戶(hù)可以根據不同的需要進(jìn)行選擇。本系統選用字長(cháng)為8位的AT89S52單片機作為控制器。
目前可以與單片機配合使用的語(yǔ)音芯片有很多，其中不乏性能十分優(yōu)越的語(yǔ)音芯片，美國ISD公司生產(chǎn)的ISD4004語(yǔ)音芯片就是它們中的一員。ISD4004芯片采用CMOS技術(shù)，內含振蕩器、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。引腳包括電源、時(shí)鐘、語(yǔ)音信號模擬輸入／輸出端、與MCU接口(SPI接口)幾部分。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現語(yǔ)音。
ISD4004系列單片錄放時(shí)間為8～16 min，采樣頻率可為4．0／5．3／6．4／8．0 kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(cháng)，而音質(zhì)則有所下降。芯片設計基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI或Mi-crowire)送入。由于ISD4004的眾多優(yōu)點(diǎn)，本設計就采用它作為錄放音器件。
系統外接時(shí)鐘芯片PCF8563、矩陣鍵盤(pán)LED顯示和E2PROM AT24C01。錄音時(shí)為了改善語(yǔ)音質(zhì)量，要提高輸入端的信噪比，因此在系統的輸入端采用三極管(9014)放大電路單端輸入，系統的輸出端經(jīng)音頻功率放大器LM386放大輸出后驅動(dòng)揚聲器。整個(gè)系統的系統框圖如圖1所示。

2 硬件設計
2．1 語(yǔ)音輸入與輸出電路設計
語(yǔ)音信號經(jīng)過(guò)駐極體話(huà)筒轉化為的電信號很微弱，在送入語(yǔ)音芯片之前需要經(jīng)過(guò)放大。這樣做的目的是為了提高信號的信噪比，以達到更好的抑制噪聲的目的。由于聲電轉換器件使用的是駐極體話(huà)筒，所以后級放大電路使用三極管作為放大器件即可滿(mǎn)足要求。本設計中從語(yǔ)音芯片輸出的語(yǔ)音信號很微弱，不能直接驅動(dòng)揚聲器，所以要在語(yǔ)音芯片和揚聲器之間加上一個(gè)功率放大電路。功率放大電路使用美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器LM386并配合少許電容電阻構成。該功放電路的放大效果良好，噪音小，可以滿(mǎn)足本設計的要求。
2．2 顯示電路設計
本設計的顯示部分使用LED數碼管。為了提高LED顯示的亮度，在本設計中，將a，b，c，d，e，f，g引腳分別串聯(lián)300 Ω的電阻后接5 V電壓即可。本設計采用軟件查表方式輸出。當系統沒(méi)有錄放音時(shí)，需要顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等信息；當系統有錄放音時(shí)，需要顯示與錄放音有關(guān)的信息。這樣，整個(gè)系統一共需要15個(gè)數碼管。為了節省單片機的I／O口，顯示部分使用了74LS154，單片機與LED的接口采用動(dòng)態(tài)接口。74LS154是4線(xiàn)16線(xiàn)譯碼器，用于將單片機的輸出譯碼后作為L(cháng)ED的片選信號使用。
2．3 PCF8563接口電路設計
PCF8563是飛利浦公司生產(chǎn)的低功耗的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片，是I2C總線(xiàn)接口器件。設計中，PCF8563用來(lái)提供時(shí)間和日歷信息。當沒(méi)有進(jìn)行錄音和放音操作時(shí)，本設計相當于一個(gè)萬(wàn)年歷；當進(jìn)行錄音或放音時(shí)，PCF8563用來(lái)對每段錄音或放音進(jìn)行計時(shí)，所有的時(shí)間信息均通過(guò)LED數碼管顯示出來(lái)。由于PCF8563是漏極開(kāi)路，所以必須要加5．1 kΩ的上拉電阻。PCF8563與AT89S52的接口電路設計如圖2所示。