0 引言
集群電臺包括集群手臺(對講機)和集群車臺，它們在黨政機關、軍隊、警察以及工程建設中應用十分廣泛，但是在實際使用中也存有一定局限。例如在一些特殊場合，如警察對犯罪分子開展秘密調查跟蹤取證，或是工程人員在嘈雜的建筑工地指揮塔吊工作的時候，各類集群電臺使用人員都可能遭遇到這類尷尬——即需要借助集群電臺向相關人員匯報情況的時候，卻不便發出聲音或者因周邊環境嘈雜造成無法正常通信。
通過調查走訪，這類工作的共性通常是語義簡單卻需要反復說講。例如警察在秘密調查取證中，經常會重復“嫌疑人出現，正常跟蹤，嫌疑人停止了腳步，嫌疑人開始逃跑”等話語；工程人員則會始終重復“開始起吊、向左、向右、向前、向后、結束起吊”等簡單信息。鑒于各單位的集群手臺、車臺已經大量投入使用，如果能夠在上述各類集群電臺上外接一套通用的控制通信模塊，將能夠在最低的成本增加中實現特殊情況的集群通信應用，從而進一步提高各單位集群通信系統的聯絡通信和指揮調度的效能。
本系統以單片機作為主要控制芯片，ISD4004作為語音錄放芯片，配合相關外圍電路和控制開關實現特殊場合下的隱蔽化通信。用戶只需事先錄制好所需語音，在工作時按下相應按鈕，即可將該路話音由集群電臺發出。各種集群手臺車臺，只要能夠提供語音輸入、語音輸出、PPT和接地四條接線，都能夠與該模塊配套使用。
1 工作原理
系統主要分為兩大部分。一是在使用前的語音輸入部分。即用戶可以根據自己的實際使用需求，按需進行錄音。通過系統的外圍按鍵，在按動錄音按鈕之后，單片機通過SPI串行輸入，告訴ISD4004芯片進入錄音模式和錄音的起始地址。麥克風輸入的聲音經過過濾和放大輸入到ISD4004，實現了錄音。另外一個部分是在使用的過程中，當工作人員需要說話的時候，可以按動相應的按鈕播放語音。當用戶動作之后，單片機通過SPI串行輸入，告訴ISD4004芯片進入放音模式和放音的起始地址。同時單片機觸發集群電臺的PPT控制引腳，實現語音由ISD4004芯片向集群電臺的輸入與轉發。圖1工作模式示意圖
2 電路設計
本系統電路設計如圖2、3、4所示。
當工作在語音輸入模式時，按下錄音按鈕1，聲音由麥克風輸入，輸入至三極管得到有效放大。再經過濾波輸入至ISD4004的ANA IN+引腳中。ISD4004的語音信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰值32mV，耦合電容和本端的電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。此時，SS引腳與單片機P00引腳相連接，作為片選信號使用。MOSI(串行輸入)引腳與單片機P01引腳相連接，單片機通過軟件寫入0xB0，即命令ISD4004工作在“從指定地址錄音”狀態，進行錄音。錄音完畢后，再次按下按鈕1，將停止錄音。
而當工作在按鍵轉發模式的情況下，按下按鈕2，聲音將經由ISD4004的AUD OUT口輸出，連接至集群電臺的MIC輸入信號線。其中可并聯兩個不同大小的電容(測試中選用2．2μf和22μf)，用來分別過濾線路中的高頻和低頻噪聲。MOSI(串行輸入)引腳與單片機P01引腳相連接，單片機通過軟件寫入0xE0，即命令ISD4004工作在“從指定地址放音”狀態，系統將根據按鍵，送入不同的放音起始地址。ISD4004將實現自動放音，直至遇到EOM。放音狀態下單片機的P10口直接驅動集群電臺的PPT輸入信號，通過軟件將P10置為低電平，實現集群電臺的PPT功能和聲音轉發。值得注意的是，不同的集群手臺MIC輸入阻抗不同，必要時需要調整ISD4004的輸出阻抗。
3 軟件設計
程序設計如圖5所示，ISD4004芯片在上電以后，將對芯片進行初始化。此時，STC89C52單片機將對外圍連接的3×3控制矩陣進行按鍵檢測，得到相應的兩進制的數值。根據數值，單片機控制程序將自動判定是采取錄音還是放音功能，并生成相應的語音起始地址。根據判定，單片機逐位地將SPI關鍵字寫入MOSI引腳，即完成了單片機對于ISD4004的功能和起始地址的告知。在完成錄音工作以后，ISD4004生成EOM中斷。以后一旦放音遭遇到EOM時ISD4004將產生中斷并輸入至單片機外部中斷INT0，回到起始點。
鑒于保證程序較好的可讀性和可維護性，編程采用了C語言。幾個主要子程序如下：
ISD4004 SPI寫入子程序
4 調試環境
本系統調試的硬件環境為隱蔽化通信模塊與MOTOROLfA的MTH850手臺相配合。軟件環境是采用了KEIL，C的編程環境和STC-ISP的單片機燒錄程序。具體內容如下：
在硬件調試環境中，除了常規設置之外，還需要注意以下幾個要點：
(1)集群手臺中語音輸入、語音輸出、PPT和接地四條接線的選取。集群車臺一般具備專用的數據接口，只要按照說明書就能夠取出相應的信號引線，然而一般的集群手臺不會具備明顯的數據輸入輸出口，且各品牌的手臺通常也采用不同的技術標準。但是無論是模擬集群手臺或是數字集群手臺，通常都具備了有線耳機麥克風接口。通過將該接線截斷研究，可以得知其中四根導線的定義進而依次確定手臺的語音輸入、語音輸出、PPT和接地四條接線的具體位置。
(2)集群手臺的MIC接收靈敏度需要調整。所謂手臺的MIC接收靈敏度是指手臺的內置／外界麥克風在多少靈敏度下可打開工作。在靈敏度太低的情況下，將不能有效地觸發起集群手臺的PPT功能。經過實驗證明，在通過手臺耳機接口的情況下，如果需要觸發起手臺PPT功能，必須同時滿足兩個條件。一是外接PPT線需要置0(這個功能是通過C語言編程中的play()函數得以實現)。二是外界MIC線需有聲音輸入，即ISD40 04有聲音輸出。兩個條件必須同時滿足才能有效觸發手臺PPT功能。因此，在手臺燒碼軟件里，可以適當提高MIC的接收靈敏度，避免因為靈敏度不夠造成PPT無法觸發的情況。
(3)輸出音質的調整。語音輸出部分，通常單一電容進行雜音濾波。經過實驗，單一小電容的雜音濾波效果一般。因此通過將一大一小兩個電容并聯的方法，分別過濾聲音輸出過程中的高音部分雜波和低音部分雜波。本項目中，電容的選擇分別是2．2μf／50V和22μf／35V。實驗證明，通過兩電容并聯以后，有效地改善了本產品的話音輸出質量。
(4)工作電源的落實。本系統中主要涉及到單片機的工作電壓和ISD4004芯片的工作電壓，它們分別為5V和3．3V。其中5V工作電壓可通過4節1．3V可充電鎳氫電池串聯獲得。經測試它的工作電壓和工作時間滿足日常要求。3．3V電壓為ISD4004語音錄放芯片專用。由于該芯片包含了模擬量與數字信號的互換過程，因此對電源的要求較高。本系統采用HT7133穩壓電源芯片，提供穩定的3．3V直流輸出。當然在條件允許的情況下也可以選擇3V工作電壓的單片機以簡化電路。
在軟件調試過程中，有如下幾個重點：
(1)通過調用at89x52．h函數庫，實現了單片機的外部接口與內部實際地址的有效映射。此舉極大地減輕了主函數和功能函數的編程復雜度，同時提高了程序的可讀性和可維護性。
(2)通過有效設置單片機燒碼程序，完成軟件的編輯和燒錄工作。在此項目中選用的軟件是STC-ISP燒錄軟件，它是STC公司的單片機配合燒碼軟件。界面如圖6所示。
在KEIL C中完成C編程并生成有效的HEX十六進制文件后，只要依次進行MCU Type選擇：選擇相應的CPU類型，這里選STC89C52RC；
COM口選擇：選擇電腦對應的COM口；
波特率：最高115200，最低1200；
雙倍速：選擇12T／單倍速
其他選項默認即可。在完成選項設置后，選擇“打開程序文件”后下載相應源程序，再點擊“Download／下載”就完成了所有的單片機燒碼工作。
5 結束語
本系統充分利用了各類集群手臺的耳機麥克風一體化插孔，將ISD4004的高清晰語音錄放和單片機控制功能相結合，成本較低，兼容性好，適用于各類模擬／數字集群設備的隱蔽化通信應用，可在特定的場合發揮出特殊作用。