??? 摘 要： 簡要介紹了ISD4000系列語音芯片" title="語音芯片">語音芯片的特點及工作原理。根據(jù)其工作特點設(shè)計了基于AVR單片機控制、串口" title="串口">串口通信和MP3播放的智能語音錄制系統(tǒng)。詳細介紹了硬件電路設(shè)計、軟件實現(xiàn)和MP3的設(shè)計以及部分源程序。
??? 關(guān)鍵詞： ISD4002? ATMEGA16L? 串口通信" title="串口通信">串口通信? MP3播放
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??? 語音電路已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于報告運行狀態(tài)、運行提示、提示系統(tǒng)操作過程以及故障報警等功能的實現(xiàn)中。除了具有輸出接口的功能外，它還具有輸入接口的功能，用于語音識別、語音記錄等。但是，做為輸出接口應(yīng)用時，語音芯片中必須有已經(jīng)錄好的語音，這就要求有一套快捷、可靠的錄音系統(tǒng)。基于這方面的考慮筆者設(shè)計了具有語音錄放功能的智能系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用串口通信很好地將錄音電路與PC機連接，克服了手動按鍵錄放的缺點，并且錄音的地址和長度也有很高的精度，錄音長度可精確到0.1秒。
??? 本系統(tǒng)主要是針對當前應(yīng)用較為廣泛的由美國信息存儲器件公司推出的ISD系列語音芯片中的ISD4000系列設(shè)計的，本文中以ISD4003系列為例，對于其他系列的產(chǎn)品稍加改動即可，其設(shè)計思路基本相同且管腳兼容。
1 ISD 4003語音芯片簡介
??? ISD4003系列芯片的工作電壓3V,單片錄放時間4～8分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列。芯片設(shè)計基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口(SPI)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)閃爍存儲器中,因此能夠真實自然地再現(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”。采樣頻率可為4.0kHz，5.3kHz，6.4kHz，8.0kHz。頻率越低，錄放時間越長，音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復錄音10萬次。
2 智能錄放系統(tǒng)的設(shè)計
??? 系統(tǒng)的整體思路是將錄制好的語音內(nèi)容打包成可在MP3中播放的文件，存儲在PC中，通過串口和耳機插孔將錄放電路和PC機相連。筆者自行用VB設(shè)計了MP3軟件用于播放語音文件，在此MP3中用戶可以自行設(shè)置錄放的起始地址和時間長度。所以本系統(tǒng)的關(guān)鍵是PC機和錄放電路的通信以及錄放電路的設(shè)計和各功能的軟件實現(xiàn)。下面將從錄放系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計" title="軟件設(shè)計">軟件設(shè)計兩方面對本系統(tǒng)進行詳細的闡述。
2.1 硬件設(shè)計
??? 錄放電路是以ATMEL公司的ATMEGA16L為控制核心的，通過串口接收由PC 機發(fā)送的控制命令，同時通過SPI接口來控制語音芯片的錄放。其總體電路設(shè)計框圖如圖1所示。
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??? 由圖1可以看出，核心控制單元通過串行接口從PC機接收用戶的錄放指令，然后再由單片機和語音芯片的SPI接口的輸入來控制語音芯片的錄放音。
??? 串行通信接口電路部分選用的是MAXIM公司的MAX3232芯片，這款芯片可以用3V供電且功耗較低。前面提及ISD4003芯片供電電壓是3V，而傳統(tǒng)的MAX232芯片供電大部分為5V，給電路設(shè)計增加了不必要的麻煩（尤其在布線過程中）。且MAX232比較耐用，不宜燒毀，這使得電路的穩(wěn)定性大大提高（注：在許多資料上MAX3232周邊的四個電容可以是0.1?滋F的，但經(jīng)筆者多次嘗試，圖2為最佳匹配，不會出現(xiàn)異常，若加0.1?滋F的電容會出現(xiàn)莫名的錯誤）。圖2中的TXD，RXD分別與ATMEGA16的TXD，RXD連接（見圖3）。
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??? 核心控制芯片ATMEGA16L電路如圖3，用的是片內(nèi)的晶振，所以7、8管腳懸空。其JTAG下載口線采用雙排插針。由于此款單片機性能相當穩(wěn)定，所以不需任何仿真模式，直接燒寫程序即可，其內(nèi)部帶有16kB的Flash可反復擦寫，筆者多次應(yīng)用沒出現(xiàn)過由于燒寫程序而損壞片子的情況，這也是選擇此款單片機的原因之一。由于其SPI被JTAG占用，所以用單片機PC口（圖3）來控制語音芯片的SPI接口。其中的LED為錄放指示和上電指示。
??? 語音芯片接口電路部分基本為典型的電路連接如圖4，但在PCB圖中必須注意在語音芯片的電源和地之間加一個去偶電容，以保護芯片，并且電容要盡量靠近芯片（注：SPEAK為揚聲器接口）。
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2.2 軟件設(shè)計
??? 軟件設(shè)計主要分為兩大部分，一部分是錄放控制和串口通信的單片機內(nèi)部的程序設(shè)計" title="程序設(shè)計">程序設(shè)計，另一部分是VB語言的MP3設(shè)計。下面分別就這兩部分作簡要的介紹并給出部分程序代碼。
??? 單片機內(nèi)部的軟件編程是在串口中斷服務(wù)程序中加入判斷，以此來控制語音芯片的錄放和錄放地址、時間長度等參數(shù)的設(shè)置。在單片機中筆者使用的是C語言編程，這樣可以提高設(shè)計的效率但對系統(tǒng)的運行不會帶來任何影響。其主程序流程圖如圖5所示。
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??? 在圖5的錄放服務(wù)程序中，加入了定時器中斷，串口中斷的數(shù)據(jù)包中包括錄放音時間的參數(shù)，一旦開始，錄放音定時器計數(shù)（以100ms為溢出時間,這樣系統(tǒng)的錄放時間精度可以達到0.1s）。錄放時間到，則置標志停止錄音。以放音為例（注：錄放服務(wù)程序基本相同，只是控制端口的命令不同），其流程圖如圖6所示。
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??? 系統(tǒng)中錄音流程和放音流程基本相同，在此不作贅述。
??? PC機MP3的設(shè)計主要是關(guān)于串口和錄音控件的VB程序設(shè)計，下面給出部分VB程序代碼。其中包括了串口和錄音控件的編程。
′初始化串行口
intPort=1
strSet=″9600，n，8，1″
′frmMain.ctrMSComm.InBufferSize=1024
′frmMain.ctrMSComm.OutBufferSize=512
If Not frmMain.ctrMSComm.PortOpen Then′嘗試打開串行口
???? frmMain.ctrMSComm.CommPort=intPort
???? frmMain.ctrMSComm.Settings=strSet
?????frmMain.ctrMSComm.PortOpen=True′打開串行口
End If
frmMain.ctrMSComm.PortOpen=False ′關(guān)閉串行口
??????
End Sub
錄音控件部分
MediaPlayer1.URL=File1.Path+″″+File1.FileName
Caption=″正在播放：″& File1.Path′要播放的mp3路徑′
??? 筆者所設(shè)計的智能錄放系統(tǒng)可應(yīng)用于各種語音的錄放，但最終應(yīng)用者的目的還是以錄音為主，如公交車的報站系統(tǒng)中的語音錄制。筆者所設(shè)計的這套錄放系統(tǒng)經(jīng)多次實驗，證明性能穩(wěn)定、錄放精確，并已經(jīng)應(yīng)用于某警衛(wèi)系統(tǒng)的語音錄制工作中。
參考文獻
[1] ISD4000系列單片語音錄放電路.www.atvoc.com.
[2] 魯奇璞，魏豐.ISD4004-16M語音芯片的循環(huán)錄放電路設(shè)計.電子技術(shù)應(yīng)用，2006，(2).
[3] 梁子伊.ISD4000系列語音芯片的單片機控制技術(shù).單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002，(2).