語音播報記事器的設計

摘要：設計了一個能夠實現語音記錄且能夠自動播放的系統。整個系統使用AT89S52單片機作為、微控制器，通過對ISD4004的控制實現語音的存儲與回放。PCF8563為本系統提供時間和日歷等信息。當進行錄音和放音時，PCF8563亦可作為計時器件使用。外接矩陣鍵盤和LED數碼管，可方便人機間的對話。該系統能夠錄放音達16 min，能夠分4段進行錄音和放音，并能實現自動播放，音量大小也可以調節。該設計的特點還在于可以實現語音的定時自動播放。
關鍵詞：PCF8563；ISD4004語音芯片；單片機；語音記錄；回放

0 引 言
隨著數字電子技術的發展和單片機等微控制器的產生，語音的存儲與自動播放變得易于實現。目前語音存儲與自動播放系統已經廣泛應用于日常生活當中。公共汽車上的語音報站器、銀行和醫院的排隊等候系統等，都是語音存儲與自動播報系統的應用。本文介紹一種以語音存儲與自動播放系統為基礎的語音播報記事器設計。該設計以ISD4004：語音芯片和AT89S52單片機為中心，很好地實現了語音存儲與自動播放。

1 硬件設計原理
語音播報記事器的主要功能是實現語音存儲與定時播放。要實現語音存儲與定時播放的方法很多，可供選擇的器件也很多。由于單片機等微控制器的出現和數字電路技術的發展，使得現在的語音存儲與自動播放變得易于實現。本設計采用單片機作為微控制器。單片機的字長由4位、8位、16位發展到32位。目前這幾種字長的單片機同時存在于市場,用戶可以根據不同的需要進行選擇。本系統選用字長為8位的AT89S52單片機作為控制器。
目前可以與單片機配合使用的語音芯片有很多，其中不乏性能十分優越的語音芯片，美國ISD公司生產的ISD4004語音芯片就是它們中的一員。ISD4004芯片采用CMOS技術，內含振蕩器、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貯陣列。引腳包括電源、時鐘、語音信號模擬輸入／輸出端、與MCU接口(SPI接口)幾部分。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存貯在片內閃爍存貯器中，因此能夠非常真實、自然地再現語音。
ISD4004系列單片錄放時間為8～16 min，采樣頻率可為4．0／5．3／6．4／8．0 kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質則有所下降。芯片設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或Mi-crowire)送入。由于ISD4004的眾多優點，本設計就采用它作為錄放音器件。
系統外接時鐘芯片PCF8563、矩陣鍵盤LED顯示和E2PROM AT24C01。錄音時為了改善語音質量，要提高輸入端的信噪比，因此在系統的輸入端采用三極管(9014)放大電路單端輸入，系統的輸出端經音頻功率放大器LM386放大輸出后驅動揚聲器。整個系統的系統框圖如圖1所示。

2 硬件設計
2．1 語音輸入與輸出電路設計
語音信號經過駐極體話筒轉化為的電信號很微弱，在送入語音芯片之前需要經過放大。這樣做的目的是為了提高信號的信噪比，以達到更好的抑制噪聲的目的。由于聲電轉換器件使用的是駐極體話筒，所以后級放大電路使用三極管作為放大器件即可滿足要求。本設計中從語音芯片輸出的語音信號很微弱，不能直接驅動揚聲器，所以要在語音芯片和揚聲器之間加上一個功率放大電路。功率放大電路使用美國國家半導體公司生產的音頻功率放大器LM386并配合少許電容電阻構成。該功放電路的放大效果良好，噪音小，可以滿足本設計的要求。
2．2 顯示電路設計
本設計的顯示部分使用LED數碼管。為了提高LED顯示的亮度，在本設計中，將a，b，c，d，e，f，g引腳分別串聯300 Ω的電阻后接5 V電壓即可。本設計采用軟件查表方式輸出。當系統沒有錄放音時，需要顯示年、月、日、時、分、秒、星期等信息；當系統有錄放音時，需要顯示與錄放音有關的信息。這樣，整個系統一共需要15個數碼管。為了節省單片機的I／O口，顯示部分使用了74LS154，單片機與LED的接口采用動態接口。74LS154是4線16線譯碼器，用于將單片機的輸出譯碼后作為LED的片選信號使用。
2．3 PCF8563接口電路設計
PCF8563是飛利浦公司生產的低功耗的CMOS實時時鐘／日歷芯片，是I2C總線接口器件。設計中，PCF8563用來提供時間和日歷信息。當沒有進行錄音和放音操作時，本設計相當于一個萬年歷；當進行錄音或放音時，PCF8563用來對每段錄音或放音進行計時，所有的時間信息均通過LED數碼管顯示出來。由于PCF8563是漏極開路，所以必須要加5．1 kΩ的上拉電阻。PCF8563與AT89S52的接口電路設計如圖2所示。