數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)

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【摘要】數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)是將微電子技術(shù)﹑A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)﹑信息處理等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新技術(shù)，其系統(tǒng)主要由A/D轉(zhuǎn)換芯片、存儲(chǔ)芯片以及完告成能操縱的單片機(jī)操縱片面組成。該系統(tǒng)可以用于電腦自動(dòng)應(yīng)答、數(shù)字點(diǎn)歌、自動(dòng)音頻服務(wù)等方面。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)ISD2590芯片錄音雙音多頻（DTMF）

數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答機(jī)是一種新型的通訊工具，它是通過(guò)單片機(jī)操縱各功能芯片實(shí)現(xiàn)錄放音的功能。由于其使用便當(dāng)，性價(jià)比高，停電不損失錄音等特點(diǎn)。

本系統(tǒng)是針對(duì)能自動(dòng)舉行數(shù)模轉(zhuǎn)換的數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)舉行研究的。陳述了用單片機(jī)操縱錄音放音的方法，對(duì)按鍵模塊單元如何舉行行、列信號(hào)掃描、地址轉(zhuǎn)移等問(wèn)題舉行了研究。本課題以單片機(jī)為主要操縱器，系統(tǒng)可以分為三大片面：操縱電路、錄音電路、語(yǔ)音收發(fā)電路。

1.數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)的原理

數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)的組成有：操縱電路、錄音電路、發(fā)話電路，檢碼電路，振鈴電路，振鈴檢測(cè)電路，發(fā)碼電路，自動(dòng)摘機(jī)電路。其中最重要的是錄音片面和操縱片面。

數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)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(jī)。利用單片機(jī)檢測(cè)鍵盤(pán)、摘/掛機(jī)、鈴流等輸入信號(hào)，并相應(yīng)地操縱和實(shí)現(xiàn)雙音多頻（DTMF）信號(hào)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。

在數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)中，本系統(tǒng)采用了ISD公司的ISD2590系列語(yǔ)音芯片，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音舉行自動(dòng)錄音功能。系統(tǒng)在單片機(jī)芯片上選擇AT89C51。在數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答系統(tǒng)中，通話電路的電源由電話線上的直流饋電直接提取，本系統(tǒng)選擇TEA1062，它能在發(fā)號(hào)和通話之間實(shí)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)換。振鈴電路用LS1240芯片。另外，考慮到后面的設(shè)計(jì)需要自動(dòng)摘機(jī)，系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可用用繼電器實(shí)現(xiàn)，但考慮到繼電器轉(zhuǎn)換速率等問(wèn)題，這里采用模擬電路組成的開(kāi)關(guān)電路。

2.數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1操縱電路。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)按鍵操縱單片機(jī)，通過(guò)不同的按鍵使單片機(jī)舉行不同的操作。在這里用AT89C51芯片，通過(guò)按鍵使其和相連接的其他芯片作出相應(yīng)的響應(yīng)。該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)的操縱電路如圖2所示：

數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)的操縱電路有AT89C51、74LS244芯片和操縱開(kāi)關(guān)組成。其中AT89C51單片機(jī)是主要的電路，它和鍵盤(pán)連接，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，通過(guò)判斷行值、列值的上下電平來(lái)確定是哪一個(gè)按鍵按下，然后在地址表中查找到相應(yīng)的地址，單片機(jī)操縱相應(yīng)的芯片實(shí)現(xiàn)要求的功能。74LS244在鍵盤(pán)操縱中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

鍵盤(pán)中每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過(guò)軟件查表，查出該鍵的功能。

2.2錄音和送話電路

錄音時(shí)主要用ISD2590芯片，該芯片采用模擬數(shù)據(jù)直接在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的技術(shù)，不需經(jīng)過(guò)A/D或D/A轉(zhuǎn)換。因此能夠分外真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲，制止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”。錄音和發(fā)話電路的電路圖如下圖：

圖3中的繼電器開(kāi)關(guān)G5S-1CB-DC12可以操縱芯片的錄音方式：當(dāng)如圖3所示連接起來(lái)，芯片從MIC錄音；當(dāng)斷開(kāi)時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)就從電話線中經(jīng)20腳（ANAIN）錄入芯片，MIC此時(shí)不起作用。ANAIN端通過(guò)外接電容連至本端，該電容和本端的輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。

錄音過(guò)程中，ISD系列器件在舉行存儲(chǔ)操作之前，要分幾個(gè)階段對(duì)信號(hào)舉行調(diào)整。首先要輸入信號(hào)放大到存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)范圍的最正確電平，這個(gè)階段由前置放大器、放大器和自動(dòng)增益操縱片面來(lái)完成。如圖4所示：

前置放大器通過(guò)隔直流電容與麥克風(fēng)連接，隔直流電容用來(lái)去掉交流小信號(hào)中的直流成份(大約2～20mv）。信號(hào)的放大分兩步完成：先經(jīng)過(guò)輸入前置放大器，然后經(jīng)過(guò)固定增益放大器。完成信號(hào)的通路要在模擬輸出端(ANAOUT)和模擬輸入端(ANAIN)兩個(gè)引腳之間連接一個(gè)電容器。這種布局使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加生動(dòng)，我們可以通過(guò)選擇連接到AGC引腳的電阻和電容值來(lái)調(diào)理描述自動(dòng)增益電路特性的兩個(gè)時(shí)間常量：即響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間。下一個(gè)階段的信號(hào)調(diào)整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號(hào)的存儲(chǔ)依舊是采用取樣技術(shù)，因此還需要一個(gè)抗混淆濾波器以去掉（或至少減到可疏忽不計(jì)的程度）取樣頻率1/2以上的輸入頻率分量。

取樣定律。語(yǔ)音的質(zhì)量要想優(yōu)于電話的音質(zhì)，取樣頻率要用12KHz。低通濾波器的高頻頻限選在3.4KHz，可得志奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠?qū)挼念l帶以得到高音質(zhì)的語(yǔ)音。

放音時(shí)，錄入的模擬電壓在取樣時(shí)鐘的操縱下依次地從存儲(chǔ)陣列中讀出，恢復(fù)成原來(lái)的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復(fù)原始波形。平滑濾波器的輸出通過(guò)一個(gè)模擬多路開(kāi)關(guān)連接到輸出功率放大器。兩個(gè)輸出管腳直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

當(dāng)要往電話線路上輸出存儲(chǔ)在ISD2590的錄音時(shí)，錄入的模擬電壓在取樣時(shí)鐘的操縱下從ISD2590中讀出，送往外部引腳SPK+，然后通過(guò)芯片外部的由LM386組成的功率放大電路發(fā)大后直接送往電話線路。

2.3振鈴電路。根據(jù)電話振鈴的技術(shù)指標(biāo)：頻率25Hz的正弦波，1秒通，4秒斷。為了使振鈴信號(hào)音輸出很好的方波波形，在這里我們選用振鈴專用芯片LS1240實(shí)現(xiàn)從電話線中提取出方波信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)電路圖如圖6所示:

2.4振鈴檢測(cè)電路。在此數(shù)字存儲(chǔ)式自動(dòng)應(yīng)答錄音系統(tǒng)中使用LS1240芯片用做振鈴電路。其工作原理是：當(dāng)振鈴電路檢測(cè)到鈴流信號(hào)時(shí)．以響鈴三次為準(zhǔn)，即響鈴三次后無(wú)人摘機(jī)，便由單片機(jī)操縱自動(dòng)模擬摘機(jī)。電話振鈴信號(hào)通過(guò)電容隔直、電阻限流、整流橋的整流、電阻分壓、光電耦合器和電位器共同組成振鈴信號(hào)變換電路。它們使輸入電壓和電流輸出到單片機(jī)AT89C51的中斷1口。單片機(jī)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)振鈴信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)判斷響鈴三次后，單片機(jī)將往P1.4送出高電平實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，振鈴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)如圖7所示：

2.5模擬摘掛機(jī)電路。根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不管任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)小于300Ω，有"R"鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)小于350Ω。掛機(jī)狀態(tài)下的漏電流小于5μA。當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，電話機(jī)將通過(guò)叉簧接上約300的Ω的負(fù)載，從而使整個(gè)電話線回路流過(guò)約30mA的電流。交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便中斷鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷饕酝瓿山永m(xù)。如圖8所示：

2.6雙音頻解碼電路。所謂“雙音頻制式”，就是撥電話的時(shí)候，撥每一個(gè)號(hào)碼，發(fā)初期的都是有兩個(gè)不同頻率信號(hào)組合起來(lái)的雙音頻信號(hào)。我們用電話舉行撥號(hào)時(shí)都能從聽(tīng)筒中聽(tīng)到一種按鍵的聲音，這種聲音其實(shí)就是由兩個(gè)不同的頻率組合成的復(fù)合音。每個(gè)號(hào)碼都是由兩個(gè)音頻信號(hào)組合起來(lái)的，因此叫“雙音頻”。圖9列出了每個(gè)號(hào)碼與雙音頻的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用雙音頻撥號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾才能強(qiáng)，對(duì)電話線的質(zhì)量要求對(duì)比低，且不會(huì)展現(xiàn)錯(cuò)號(hào)現(xiàn)象。

撥號(hào)的時(shí)候，需要將每一個(gè)號(hào)碼轉(zhuǎn)換成一對(duì)雙音頻信號(hào)，這種轉(zhuǎn)換就叫做編碼。解碼就是將采納到的雙音頻信號(hào)重新恢復(fù)成數(shù)據(jù)信號(hào)。編碼和解碼都有專用的芯片，這里選用MT8870型解碼芯片。

雙音頻解碼電路工作原理圖如圖10所示：

圖中雙音頻信號(hào)輸入點(diǎn)為R，它與自動(dòng)摘機(jī)電路的R端相連，從電話線路上送來(lái)的雙音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)圖12的輸入點(diǎn)R，經(jīng)過(guò)MT8870內(nèi)部放大處理以后，從數(shù)據(jù)輸入端Q1、Q2、Q3、Q4輸出解碼后的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

由于從ISD2590芯片的外部引腳SPK+輸出的話音信號(hào)強(qiáng)度不符合電話線路傳輸要求，因此，該引腳的輸出信號(hào)還需經(jīng)過(guò)一個(gè)功率放大電路，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的匹配。這里我們選用LM386做為功率放大芯片。其工作原理圖如圖11所示：

在該電路正常工作前，應(yīng)先對(duì)其舉行調(diào)試，滑動(dòng)RV1以獲取最正確放大倍數(shù)。TR2是音頻輸出專用變壓器，該變壓器的功能是為了達(dá)成電話線路的阻抗匹配(詳情參看模擬摘掛機(jī)電路)。

3.結(jié)論

本課題對(duì)比綜合，涉及的技術(shù)領(lǐng)域較廣，其中涉及微電子技術(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)、信息處理技術(shù)、PLC與IPC通信技術(shù)、檢測(cè)與轉(zhuǎn)化技術(shù)等。經(jīng)過(guò)由調(diào)研、設(shè)