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數(shù)字存儲式自動應(yīng)答錄音系統(tǒng)
摘要：介紹用單片機進行控制，利用ISD2590芯片設(shè)計實現(xiàn)的一種數(shù)字式自動答錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有一定程度的智能化，且實現(xiàn)簡單，具有較大的可擴充性。關(guān)鍵詞：單片機 ISD2590芯片 錄音 雙音多頻（DTMF）
隨著電子技術(shù)特別是數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，電腦自動應(yīng)答、數(shù)字點歌、自動音頻服務(wù)、自動應(yīng)答錄音電話等各種自動答錄系統(tǒng)在越來越多的場合發(fā)揮著重要的作用。這些技術(shù)極大地方便了人們的工作和生活，提高了效率。本文介紹以數(shù)字存儲方式設(shè)計實現(xiàn)的一種簡單的自動應(yīng)答錄音系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用ISD2590語音芯片進行數(shù)字錄音，其特點是：音質(zhì)好，且可隨時更改主人留言信息。另外該系統(tǒng)利用單片機控制，具有一定程度的智能化及可擴充性。
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1 系統(tǒng)原理
數(shù)字存儲式自動應(yīng)答錄音系統(tǒng)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、摘/掛機、鈴流等輸入信號，并相應(yīng)地控制和實現(xiàn)雙音多頻（DTMF）信號的發(fā)送、語音芯片的錄放音等功能。
在電源方面，振鈴電路和通話電路由電話線上的直流饋電直接提取，其它電路用外電源（5V）供電。
系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。
2 硬件設(shè)計
整個電路按功能主要分成兩大部分：語音收發(fā)電路和錄音部分。
2.1 語音收發(fā)電路的實現(xiàn)原理
語音收發(fā)部分的內(nèi)部組成如圖2所示。要求可傳送的語音信號在300Hz～3400Hz之間。
語音收發(fā)電路主要包括三大部分：振鈴電路、通話電路和發(fā)碼電路。其工作過程為：平時通話電路和發(fā)碼電路同電話線斷開；當振鈴信號到達時，振鈴電路工作，促使蜂鳴器發(fā)聲；摘機后，即通過轉(zhuǎn)換開關(guān)使通話電路和發(fā)碼電話線接通，交換機檢測后立即停止發(fā)送振鈴信號，而轉(zhuǎn)接雙方的話音信號，通過通話電路實現(xiàn)通話。若欲向外輸出話音信號，首先摘機動作使發(fā)碼電路與電話線接通，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，使被叫方電話振鈴。
振鈴電路主要用SGS公司的LS1240芯片，通話電路用TEA1061實現(xiàn)，發(fā)碼電路使用可單片機接口的HT9200A芯片，可實現(xiàn)DTMF數(shù)據(jù)的發(fā)送，且容易對其進行軟件控制。
另外，考慮到后面的設(shè)計需自動摘機，轉(zhuǎn)換開關(guān)用繼電器實現(xiàn)，以利于單片機控制。
2.2 錄音功能的實現(xiàn)
2.2.1 ISD2590芯片
錄音時主要用ISD2590芯片，它是美國ISD公司的專門產(chǎn)品，具有音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等特點。該芯片采用模擬數(shù)據(jù)直接在半導(dǎo)體存儲器中存儲的技術(shù)，不需經(jīng)過A/D或D/A轉(zhuǎn)換。因此能夠非常真實、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”。片內(nèi)信息可保存100年（無需后備電源），存儲單元可反復(fù)錄音十萬次。
（1） 芯片的電路特性
·手動操作/微控制器控制兼容；
·多段信息處理，可分1～600段；
·輸入采樣頻率5.3kHz；
·典型帶寬2.3kHz；
·外部時鐘頻率1024.0kHz。
（2） 部分引腳描述
·節(jié)電控制（PD）
本端拉高使芯片停止工作，進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(fù)位芯片，才能使之再次工作。
·片選（CE）
本端變低后（而且PD為低），允許進行錄放操作。芯片在本端的下降沿鎖存地址線和P/R端的狀態(tài)。
·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，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到CE或PD變高，或內(nèi)存溢出。如果CE是前一種情況，芯片自動在錄音結(jié)束處寫入EOM標志。放音時，由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到EOM標志。如果CE一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會忽略EOM，繼續(xù)進行。
·信息結(jié)尾標志輸出端（EOM）
信息何時結(jié)束在錄音時進行設(shè)定。只要CE端上升沿到來，錄音就停止，此時ISD芯片會在內(nèi)部一個獨立的EEPROM單元內(nèi)設(shè)置一個信息結(jié)束標志EOM。當由CE端脈沖觸發(fā)放音時，放音持續(xù)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EOM定位點，因此芯片共有2400個定位點（4×600=2400）。例如ISD2590采樣頻率為5.3kHz，每行的尋址時間為160ms，則EOM的分辨率為40ms。這樣，從信息結(jié)束到EOM信號輸出的最大延時是40ms。EOM信號為負脈沖，脈寬為20ms。上升沿實際上標志信息的結(jié)束，因此語音在EOM處于低電平時仍繼續(xù)從芯片輸出，而在上升沿時停止。
·地址/模式輸入端（Ax/Mx）
地址端有兩個作用，取決于最高兩位（A8、A9）的狀態(tài)。當最高兩位中至少有一個為0時，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，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，不輸出操作過程中的內(nèi)部地址信息。地址在CE的下降沿鎖存。
·話筒前置放大器輸出端（ANA OUT）
這個輸出經(jīng)電容耦合到模擬輸入（ANA IN）腳。前置電壓增益取決于AGC端電平。
·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。對話筒輸入來說，ANA OUT端應(yīng)通過外接電容連至本端。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。其他音源可通過交流耦合直接連接至本端（繞過了ISD的前置）。
·話筒輸入信號端（MIC）
本端用于放大1～20mV的信號，它是增益可控的跨導(dǎo)放大器，輸入阻抗10kΩ，最大增益24dB。一般駐極體話筒輸出的電平足夠驅(qū)動該放大器。由于輸入阻抗已知，頻率響應(yīng)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。
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。
·話筒參考端（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筒時，可抵消噪聲，提高共模抑制比。這個輸入端如果不用，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中的繼電器開關(guān)J1-2可以控制芯片的錄音方式：當如圖3所示連接開關(guān)，芯片從MIC錄音；當斷開J1-2，語音信號從20腳（ANA IN）錄入芯片，MIC不起作用。
3 軟件設(shè)計
3.1 主程序
先掃描鍵盤（采用非編碼鍵盤），若所按鍵的鍵值小于或等于0CH，表示要發(fā)碼，轉(zhuǎn)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，依次判斷是哪個鍵，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)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 鍵盤掃描子程序
本程序采用非編碼鍵盤，單片機必須對所有按鍵進行監(jiān)視。一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下，單片機應(yīng)通過程序加以識別，找出它的行列值，并求出它的鍵值，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，實現(xiàn)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(yīng)的鍵值是10H。
當有振鈴信號輸入或欲輸出話音時，要將通話電路與電話線接通。此時可以按下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(yīng)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的自動留言機，主人不在家，請留言，留言時間是80s”）。預(yù)先錄入ISD2590芯片中，以便需要時可以隨時調(diào)用。在這里留有9s的時間用來錄這段話。具體操作是：選按下RECORD鍵，程序檢測到此鍵后，便開始示主人留言信息并啟動單片機的T0中斷定時。9s后自動停止。
由于對ISD2590進行直接尋址時，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×2 6=9.6s）。利用單片機的T0中斷定時器從ISD的初始地址（即A6～A9都為0）開始定時9s，并段時間留作主人留言區(qū)（剩下大約0.6s不用）。把接下來的80s用來錄對方留言信息。
3.5 READY鍵子程序
READY鍵是準備實現(xiàn)自動留言功能控制鍵，它對應(yīng)的鍵值是0EH。
當主人出門前，預(yù)先按下此鍵等待。當有振鈴信號輸入時，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(yīng)后，首先將通話電路與電話線接通（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行錄音。本程序留有80s的時間錄對方留言信息，每次錄音都從上次錄音結(jié)束處開始到此次對方錄音完畢并掛機為止，循環(huán)錄制（自動覆蓋最前面信息），每次錄音完畢自動掛機。主人回家后，可以按下復(fù)位鍵，再進行其他的操作（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(yīng)的鍵值是0FH。
當主人要聽自己留言信息或?qū)Ψ搅粞孕畔r可以按下此鍵，這時便開始播放第一段信息（主人留言）；若不想聽此段信息，可以不等其播放完，再按一下PLAY鍵，便從第二段開始播放（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(shè)計實現(xiàn)了一種數(shù)字芯片存儲式自動答錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實用性強、穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點，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的時間細分成多段，每段多長時間預(yù)先設(shè)定好。也可在電路中加入摘掛機檢測電路，當對方掛機時自動停止錄音。這種情況下每段錄音時間不固定。
（2） 此電路還可以擴展，加一些其他功能，例如：
·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，便進入中斷，單片機控制語音收發(fā)電路自動撥號（例如撥119），并告如對方這里有火災(zāi)。
·自動轉(zhuǎn)接分機�？梢詫⒄Z音芯片再留出一小部分用來存儲轉(zhuǎn)接的語音提示信息（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)來的DTMF碼并通過軟件和繼電器將對方自動轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的分機上。
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