數字存儲式自動(dòng)應答錄音系統
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1 系統原理 數字存儲式自動(dòng)應答錄音系統的原理如圖1所示，其核心器件是單片機。利用單片機檢測鍵盤(pán)、摘/掛機、鈴流等輸入信號，并相應地控制和實(shí)現雙音多頻（DTMF）信號的發(fā)送、語(yǔ)音芯片的錄放音等功能。 在電源方面，振鈴電路和通話(huà)電路由電話(huà)線(xiàn)上的直流饋電直接提取，其它電路用外電源（5V）供電。 系統分為硬件和軟件兩部分。
2 硬件設計 整個(gè)電路按功能主要分成兩大部分：語(yǔ)音收發(fā)電路和錄音部分。 2.1 語(yǔ)音收發(fā)電路的實(shí)現原理 語(yǔ)音收發(fā)部分的內部組成如圖2所示。要求可傳送的語(yǔ)音信號在300Hz～3400Hz之間。 語(yǔ)音收發(fā)電路主要包括三大部分：振鈴電路、通話(huà)電路和發(fā)碼電路。其工作過(guò)程為：平時(shí)通話(huà)電路和發(fā)碼電路同電話(huà)線(xiàn)斷開(kāi)；當振鈴信號到達時(shí)，振鈴電路工作，促使蜂鳴器發(fā)聲；摘機后，即通過(guò)轉換開(kāi)關(guān)使通話(huà)電路和發(fā)碼電話(huà)線(xiàn)接通，交換機檢測后立即停止發(fā)送振鈴信號，而轉接雙方的話(huà)音信號，通過(guò)通話(huà)電路實(shí)現通話(huà)。若欲向外輸出話(huà)音信號，首先摘機動(dòng)作使發(fā)碼電路與電話(huà)線(xiàn)接通，交換機檢測到即送到撥號音；然后交換機負責把呼叫方撥發(fā)的DTMF信號送給被叫方，使被叫方電話(huà)振鈴。 振鈴電路主要用SGS公司的LS1240芯片，通話(huà)電路用TEA1061實(shí)現，發(fā)碼電路使用可單片機接口的HT9200A芯片，可實(shí)現DTMF數據的發(fā)送，且容易對其進(jìn)行軟件控制。
另外，考慮到后面的設計需自動(dòng)摘機，轉換開(kāi)關(guān)用繼電器實(shí)現，以利于單片機控制。 2.2 錄音功能的實(shí)現 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(zhuān)門(mén)產(chǎn)品，具有音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲、反復錄放、低功耗、抗斷電等特點(diǎn)。
該芯片采用模擬數據直接在半導體存儲器中存儲的技術(shù)，不需經(jīng)過(guò)A/D或D/A轉換。因此能夠非常真實(shí)、自然地再現語(yǔ)音、音樂(lè )、音調和效果聲，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”。片內信息可保存100年（無(wú)需后備電源），存儲單元可反復錄音十萬(wàn)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(xiàn)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，錄音持續到CE或PD變高，或內存溢出。如果CE是前一種情況，芯片自動(dòng)在錄音結束處寫(xiě)入EOM標志。放音時(shí)，由地址端提供起始地址，放音持續到EOM標志。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，繼續進(jìn)行。 %26;#183;信息結尾標志輸出端（EOM） 信息何時(shí)結束在錄音時(shí)進(jìn)行設定。只要CE端上升沿到來(lái)，錄音就停止，此時(shí)ISD芯片會(huì )在內部一個(gè)獨立的EEPROM單元內設置一個(gè)信息結束標志EOM。當由CE端脈沖觸發(fā)放音時(shí)，放音持續到EOM位為止。 ISD芯片存儲陣列的每一行都可以獨立尋址，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，從信息結束到EOM信號輸出的最大延時(shí)是40ms。EOM信號為負脈沖，脈寬為20ms。上升沿實(shí)際上標志信息的結束，因此語(yǔ)音在EOM處于低電平時(shí)仍繼續從芯片輸出，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，作為當前錄放操作的起始地址。當這兩位全部為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(guò)程中的內部地址信息。地址在CE的下降沿鎖存。 %26;#183;話(huà)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A(yíng)GC端電平。 %26;#183;模擬量放大器信號輸入端（ANA IN） 本端為芯片錄音信號輸入端。它接到輸入阻抗約為2.7kΩ的固定增益放大器。對話(huà)筒輸入來(lái)說(shuō)，ANA OUT端應通過(guò)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(guò)交流耦合直接連接至本端（繞過(guò)了ISD的前置）。 %26;#183;話(huà)筒輸入信號端（MIC） 本端用于放大1～20mV的信號，它是增益可控的跨導放大器，輸入阻抗10kΩ，最大增益24dB。一般駐極體話(huà)筒輸出的電平足夠驅動(dòng)該放大器。由于輸入阻抗已知，頻率響應的下限由音頻信號源和輸入耦合電容決定。對于ISD2590，駐極體話(huà)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(huà)筒參考端（MIC REF） 該端是前置放大器的反向輸入端，當以差分形式連接話(huà)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(kāi)關(guān)J1-2可以控制芯片的錄音方式：當如圖3所示連接開(kāi)關(guān)，芯片從MIC錄音；當斷開(kāi)J1-2，語(yǔ)音信號從20腳（ANA IN）錄入芯片，MIC不起作用。 3 軟件設計 3.1 主程序 先掃描鍵盤(pán)（采用非編碼鍵盤(pán)），若所按鍵的鍵值小于或等于0CH，表示要發(fā)碼，轉入發(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，然后轉入相應子程序。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(pán)掃描子程序 本程序采用非編碼鍵盤(pán)，單片機必須對所有按鍵進(jìn)行監視。一旦發(fā)現有鍵按下，單片機應通過(guò)程序加以識別，找出它的行列值，并求出它的鍵值，然后轉入相應的處理程序，實(shí)現該鍵功能。 3.3 ON/OFF鍵子程序 ON/OFF鍵是摘掛機控制鍵，它對應的鍵值是10H。 當有振鈴信號輸入或欲輸出話(huà)音時(shí)，要將通話(huà)電路與電話(huà)線(xiàn)接通。此時(shí)可以按下ON/OFF鍵，單片機檢測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，它對應的鍵值是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，主人不在家，請留言，留言時(shí)間是80s”）。預先錄入ISD2590芯片中，以便需要時(shí)可以隨時(shí)調用。在這里留有9s的時(shí)間用來(lái)錄這段話(huà)。具體操作是：選按下RECORD鍵，程序檢測到此鍵后，便開(kāi)始示主人留言信息并啟動(dòng)單片機的T0中斷定時(shí)。9s后自動(dòng)停止。 由于對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）。利用單片機的T0中斷定時(shí)器從ISD的初始地址（即A6～A9都為0）開(kāi)始定時(shí)9s，并段時(shí)間留作主人留言區（剩下大約0.6s不用）。把接下來(lái)的80s用來(lái)錄對方留言信息。 3.5 READY鍵子程序 READY鍵是準備實(shí)現自動(dòng)留言功能控制鍵，它對應的鍵值是0EH。 當主人出門(mén)前，預先按下此鍵等待。當有振鈴信號輸入時(shí)，振鈴檢測電路檢測到振鈴響了4次后，便發(fā)給單片機一請求信號。單片機響應后，首先將通話(huà)電路與電話(huà)線(xiàn)接通（模擬摘機），然后將主人留言信息發(fā)給呼叫方，發(fā)送完畢后馬上準備進(jìn)行錄音。本程序留有80s的時(shí)間錄對方留言信息，每次錄音都從上次錄音結束處開(kāi)始到此次對方錄音完畢并掛機為止，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。主人回家后，可以按下復位鍵，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，它對應的鍵值是0FH。 當主人要聽(tīng)自己留言信息或對方留言信息時(shí)可以按下此鍵，這時(shí)便開(kāi)始播放第一段信息（主人留言）；若不想聽(tīng)此段信息，可以不等其播放完，再按一下PLAY鍵，便從第二段開(kāi)始播放（對方留言）；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。 本文設計實(shí)現了一種數字芯片存儲式自動(dòng)答錄系統。該系統具有實(shí)用性強、穩定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，適合家庭和商業(yè)兩用，且在功能上可以擴展。 （1） 若想錄多方留言信息，可以將這80s的時(shí)間細分成多段，每段多長(cháng)時(shí)間預先設定好。也可在電路中加入摘掛機檢測電路，當對方掛機時(shí)自動(dòng)停止錄音。這種情況下每段錄音時(shí)間不固定。 （2） 此電路還可以擴展，加一些其他功能，例如： %26;#183;溫度報警功能。只要將溫度傳感器輸入端連至單片機外部中斷腳，當溫度達到一定值時(shí)，便進(jìn)入中斷，單片機控制語(yǔ)音收發(fā)電路自動(dòng)撥號（例如撥119），并告如對方這里有火災。 %26;#183;自動(dòng)轉接分機?？梢詫⒄Z(yǔ)音芯片再留出一小部分用來(lái)存儲轉接的語(yǔ)音提示信息（例如：請撥分機號，1為xx處，2為xx處），然后電路判定對方發(fā)來(lái)的DTMF碼并通過(guò)軟件和繼電器將對方自動(dòng)轉接到相應的分機上。
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