智能語音錄放系統的設計

中北大學信息與通信工程學院 中北大學動態測試技術重點實驗室 呂曉光 楊 鵬

1.引言

隨著電子技術的快速發展，語音錄放電路領域產生了許多新技術、新器件和新產品，開拓了廣泛應用領域。在各式各樣的語音電路器件產品中，ISD單片語音集成電路系列，始終以優異的性能和極高的性價比在同類產品中獨領風騷，倍受業內人士以的青睞和歡迎[1]。基于智能語音錄放系統的設計要求把單片語音錄放芯片ISD4004分為任意段，并且可以對已經分好的段進行順序錄音或放音，錄音或放音段由7段數碼管顯示；可以對單片語音錄放芯片ISD4004的任意一段進行重新錄音或放音，錄音或放音段由7段數碼管顯示。系統操作簡單，使用方便，可廣泛應用于電子話務員、公交車報站器以及需要自動語音提示的各種自動控制系統中。

2.硬件電路設計

2.1 單片機控制硬件系統設計

系統的控制模塊設計如圖1所示，通過AT89C51來實現整個系統的功能控制，鍵盤控制，顯示控制等功能，是整個錄放系統的控制核心。設計中通過P14，P15，P16，P17接MAX7219顯示芯片來實現顯示功能設計，通過P24，P25，P26，P27，實現硬件接口鍵盤掃描功能，根據不同的鍵盤指令控制錄放系統執行不同的功能且虛擬SP I接口與ISD4004進行指令等信息交互，完成對錄音、放音、復零、選段的控制[2]。MAX690看門狗定時器輸入端WDI與單片機計時器1外部輸入端T1相連，RST端與單片機復位端RESET相連。微處理器通過在WD1腳發送脈沖清除看門狗定時器以防止復位。如果看門狗沒有被清零，復位后軟件將從地址為0000(啟動程序)的子程序處開始運行。看門狗電路是提高系統可靠性的一種簡單、廉價方案[3]。利用外部看門狗電路可以防止系統鎖死，如果WDI信號在規定的看門狗延時周期內沒有被觸發，那么電路將對系統進行復位。

圖1 系統的控制模塊設計圖

2.2 語音錄放芯片硬件系統設計

如圖2所示，語音芯片主要負責語音信號的采集、語音信號的存儲及語音信號的還原。語音信號的采集通過MIC處拾取，即語音信號的輸入端，輸出的模擬語音信號通過9013三極管組成放大器放大，再通過ISD4004芯片同相模擬輸入端ANA IN+輸入，語音信號的還原通過音頻輸出端AUDOUT至LM386音頻功放進行放大，至揚聲器輸出[4]。

由于整個系統采用直流5V電源供電，而ISD4004供電電壓是3V，因此它們之間互連需要經過一定的電平轉換電路。單片機的P1.1口通過電平轉換電路接ISD4004的片選引腳SS，控制ISD4004是否選通；P1.2口通過電平轉換電路接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入放音的地址；P1.3和P3.3分別通過電平轉換電路接ISD4004的串行時鐘引腳SCLK和中斷引腳INT；ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號輸出引腳AUDOUT，該引腳通過一個濾波放大電路與揚聲器連接[5]。

圖2 系統的錄放模塊設計圖

圖3 系統的顯示模塊設計圖

圖4 系統主程序流程圖

2.3 顯示芯片硬件系統設計

由于本系統需要4位字母數字顯示，因此采用MAX7219來實現如圖3所示。該系統的晶振為12MHZ，AT89C51單片機的P1.6口接在DIN上，用于發送數據，P1.5口接在CLK上，用于發送移位時鐘脈沖，P1.4口接在LOAD上。采用單片機串行口工作方式0發送數據。電源輸入端與地線之間接入電容的目的是減少峰值驅動電流引起的電源波動。設計只用了DIGO～DIG3四根顯示位驅動線用來表示錄放音及復位選段功能。

3.系統軟件流程圖

語音錄放系統的軟件設計流程圖如圖4所示，實現單片機對錄音及放音的控制。主要根據以下幾步實現：①在系統剛上電時，對AT89C51進行初始化。②掃描是否按鍵按下，若按鍵按下，則進入相應的功能子程序；若沒有按鍵被按下，則繼續掃描按鍵。③通過AT89C51的口線對ISD4004的地址端送起始地址。④設置ISD4004的控制信號，進行錄音或放音。重復②～④步，進行編程可實現語音錄放音的功能。

4.結果分析

語音錄放系統在按下選段鍵進行選段的顯示狀態

表1 發光二極管顯示結果

(1)語音錄放系統在按下選段鍵的一瞬間，發光二極管LED3熄滅，發光二極管LED1與發光二極管LED2點亮，數碼管顯示器顯示0000；在按下選段鍵的幾秒鐘之后，發光二極管呈現LED1熄滅，LED2與LED3點亮的狀態。

(2)如果需要對其中某一段進行語音的錄音或者放音操作，譬如第四段，則在持續按選段鍵選擇某一段的過程中，發光二極管始終呈現LED1熄滅，LED2與LED3點亮的狀態。

(3)語音錄放系統選段操作結束之后，按放音鍵確定選段結果，譬如選擇第四段，則發光二極管呈現LED1熄滅，LED2與LED3點亮的狀態。

5.結論

設計的智能語音錄放系統具有如下功能：可根據設計要求把單片語音錄放芯片ISD4004分為任意段，并且可以對已經分好的段進行順序錄音或放音，錄音或放音段由7段數碼管顯示；可以對單片語音錄放芯片ISD4004的任意一段進行重新錄音或放音，錄音或放音段由7段數碼管顯示。經過實驗調試，能夠可靠穩定工作。

[1]張曉東,計玉芳,蒯申紅等.基于ISD4004智能語音提示系統設計[J].皖西學院學報,2008(2):69-71.

[2]顏擁軍,劉振宇,劉立許等.基于ISD4004語音芯片的語言學習機的設計[J].微計算 機信息,2004(7):88-89.

[3]任致程.語音錄放和識別集成電路應用與制作實例[ M].北京:人民郵電出版社,1999.

[4]鄭建光,金碧波,章皓.基于8051單片機語音控制系統的實現[J].自動化與儀器儀表,2006(2):40-41.

[5]張瑾,張偉,張立寶.Protel 99SE入門與提高[M].北京:人民郵電出版社,2007.