智能语音录放系统的设计

中北大学信息与通信工程学院 中北大学动态测试技术重点实验室 吕晓光 杨 鹏

1.引言

随着电子技术的快速发展，语音录放电路领域产生了许多新技术、新器件和新产品，开拓了广泛应用领域。在各式各样的语音电路器件产品中，ISD单片语音集成电路系列，始终以优异的性能和极高的性价比在同类产品中独领风骚，倍受业内人士以的青睐和欢迎[1]。基于智能语音录放系统的设计要求把单片语音录放芯片ISD4004分为任意段，并且可以对已经分好的段进行顺序录音或放音，录音或放音段由7段数码管显示；可以对单片语音录放芯片ISD4004的任意一段进行重新录音或放音，录音或放音段由7段数码管显示。系统操作简单，使用方便，可广泛应用于电子话务员、公交车报站器以及需要自动语音提示的各种自动控制系统中。

2.硬件电路设计

2.1 单片机控制硬件系统设计

系统的控制模块设计如图1所示，通过AT89C51来实现整个系统的功能控制，键盘控制，显示控制等功能，是整个录放系统的控制核心。设计中通过P14，P15，P16，P17接MAX7219显示芯片来实现显示功能设计，通过P24，P25，P26，P27，实现硬件接口键盘扫描功能，根据不同的键盘指令控制录放系统执行不同的功能且虚拟SP I接口与ISD4004进行指令等信息交互，完成对录音、放音、复零、选段的控制[2]。MAX690看门狗定时器输入端WDI与单片机计时器1外部输入端T1相连，RST端与单片机复位端RESET相连。微处理器通过在WD1脚发送脉冲清除看门狗定时器以防止复位。如果看门狗没有被清零，复位后软件将从地址为0000(启动程序)的子程序处开始运行。看门狗电路是提高系统可靠性的一种简单、廉价方案[3]。利用外部看门狗电路可以防止系统锁死，如果WDI信号在规定的看门狗延时周期内没有被触发，那么电路将对系统进行复位。

图1 系统的控制模块设计图

2.2 语音录放芯片硬件系统设计

如图2所示，语音芯片主要负责语音信号的采集、语音信号的存储及语音信号的还原。语音信号的采集通过MIC处拾取，即语音信号的输入端，输出的模拟语音信号通过9013三极管组成放大器放大，再通过ISD4004芯片同相模拟输入端ANA IN+输入，语音信号的还原通过音频输出端AUDOUT至LM386音频功放进行放大，至扬声器输出[4]。

由于整个系统采用直流5V电源供电，而ISD4004供电电压是3V，因此它们之间互连需要经过一定的电平转换电路。单片机的P1.1口通过电平转换电路接ISD4004的片选引脚SS，控制ISD4004是否选通；P1.2口通过电平转换电路接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址；P1.3和P3.3分别通过电平转换电路接ISD4004的串行时钟引脚SCLK和中断引脚INT；ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT，该引脚通过一个滤波放大电路与扬声器连接[5]。

图2 系统的录放模块设计图

图3 系统的显示模块设计图

图4 系统主程序流程图

2.3 显示芯片硬件系统设计

由于本系统需要4位字母数字显示，因此采用MAX7219来实现如图3所示。该系统的晶振为12MHZ，AT89C51单片机的P1.6口接在DIN上，用于发送数据，P1.5口接在CLK上，用于发送移位时钟脉冲，P1.4口接在LOAD上。采用单片机串行口工作方式0发送数据。电源输入端与地线之间接入电容的目的是减少峰值驱动电流引起的电源波动。设计只用了DIGO～DIG3四根显示位驱动线用来表示录放音及复位选段功能。

3.系统软件流程图

语音录放系统的软件设计流程图如图4所示，实现单片机对录音及放音的控制。主要根据以下几步实现：①在系统刚上电时，对AT89C51进行初始化。②扫描是否按键按下，若按键按下，则进入相应的功能子程序；若没有按键被按下，则继续扫描按键。③通过AT89C51的口线对ISD4004的地址端送起始地址。④设置ISD4004的控制信号，进行录音或放音。重复②～④步，进行编程可实现语音录放音的功能。

4.结果分析

语音录放系统在按下选段键进行选段的显示状态

表1 发光二极管显示结果

(1)语音录放系统在按下选段键的一瞬间，发光二极管LED3熄灭，发光二极管LED1与发光二极管LED2点亮，数码管显示器显示0000；在按下选段键的几秒钟之后，发光二极管呈现LED1熄灭，LED2与LED3点亮的状态。

(2)如果需要对其中某一段进行语音的录音或者放音操作，譬如第四段，则在持续按选段键选择某一段的过程中，发光二极管始终呈现LED1熄灭，LED2与LED3点亮的状态。

(3)语音录放系统选段操作结束之后，按放音键确定选段结果，譬如选择第四段，则发光二极管呈现LED1熄灭，LED2与LED3点亮的状态。

5.结论

设计的智能语音录放系统具有如下功能：可根据设计要求把单片语音录放芯片ISD4004分为任意段，并且可以对已经分好的段进行顺序录音或放音，录音或放音段由7段数码管显示；可以对单片语音录放芯片ISD4004的任意一段进行重新录音或放音，录音或放音段由7段数码管显示。经过实验调试，能够可靠稳定工作。

[1]张晓东,计玉芳,蒯申红等.基于ISD4004智能语音提示系统设计[J].皖西学院学报,2008(2):69-71.

[2]颜拥军,刘振宇,刘立许等.基于ISD4004语音芯片的语言学习机的设计[J].微计算 机信息,2004(7):88-89.

[3]任致程.语音录放和识别集成电路应用与制作实例[ M].北京:人民邮电出版社,1999.

[4]郑建光,金碧波,章皓.基于8051单片机语音控制系统的实现[J].自动化与仪器仪表,2006(2):40-41.

[5]张瑾,张伟,张立宝.Protel 99SE入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,2007.