家庭語音防盜系統(tǒng)的設(shè)計

4結(jié)論.z家庭語音防盜系統(tǒng)的設(shè)計【摘要】：目前，市場上的語音錄放系統(tǒng)，多采用的是順序錄音，不具備循環(huán)錄音功能，而且存在著難以實現(xiàn)自動播音、無法實現(xiàn)直接對地址的操作、不能有效利用存儲器資源等問題。本次設(shè)計將AT89S51單片機系統(tǒng)和語音芯片ISD4004聯(lián)系起來，形成一個基于ISD4004語音芯片的智能化的語音錄放系統(tǒng)，通過ISD4004語音芯片和AT89S51單片機芯片的有機接合實現(xiàn)了語音錄放系統(tǒng)控制的智能化，成為一個既能夠循環(huán)錄放、又能智能化管理的語音錄放電路，具有較高的實際應(yīng)用價值。作為家庭防盜的語音錄放系統(tǒng)，它能夠錄下一些主人的話，當(dāng)紅外檢測裝置檢測到有未知的進入者時，會適時地發(fā)出語音警告，起到一定的保護作用，而且本錢很低，反響靈活，適合大局部家庭的應(yīng)用。1設(shè)計思路1．1課題的選取最初的設(shè)計靈感來自于以前做過的一個語音播放作品，當(dāng)時用很簡單的電路和很少的元件實現(xiàn)了一個市場上一般音響的功能，用在自己的電腦來放音樂。通過查閱一些相關(guān)的資料，再加上一些功能來作為此次的設(shè)計作品。這樣，操作起來比擬簡單，而且這個作品很實用，設(shè)計出來的系統(tǒng)可以應(yīng)用到家庭防盜系統(tǒng)、公交報站系統(tǒng)、旅游景點導(dǎo)游系統(tǒng)中，應(yīng)用*圍很廣泛。考慮到家庭財產(chǎn)的平安，設(shè)計出的語音系統(tǒng)再連接一個紅外檢測裝置，就可以用在防盜系統(tǒng)中，起到一定的保護作用。而且相比于市場上昂貴的防盜產(chǎn)品，這樣簡單實用的設(shè)計更適用于一般的家庭。1．2設(shè)計思路采用AT89S51和ISD4004語音芯片再配合麥克風(fēng)、LM386功放組成一個簡單的語音錄放系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：錄制并播放語音，包括音樂、歌曲、說話的聲音以及自然界的聲音等；設(shè)置四個按鍵和一個撥動開關(guān)，按鍵實現(xiàn)語音的播放、停頓、快進和感應(yīng)控制，撥動開關(guān)實現(xiàn)錄音和放音的切換；配置一個復(fù)位按鍵，消除以前的錄音；配置兩個LED發(fā)光二極管和兩個一位七段數(shù)碼管，一個LED發(fā)光二極管顯示是否正常工作，另一個用來指示對語言芯片的操作，數(shù)碼管顯示當(dāng)前錄放的段數(shù)。上面的錄放系統(tǒng)再外接一個熱釋電傳感RE200B及傳感信號處理器BISS0001就可以完成一個簡單的家庭語音防盜系統(tǒng)，當(dāng)有人接近門窗時，熱釋電傳感器檢測到人的存在，就會向控制系統(tǒng)AT89S51發(fā)出信號，然后會通過放音電路放出以前存儲在ISD4004語音芯片中的語音，起到語音警告的作用，嚇走不法分子。2工作原理錄放系統(tǒng)主要由ISD4004、AT89S51、LM386和熱釋電傳感器RE200B組成，AT89S51負責(zé)控制，ISD4004芯片負責(zé)錄音，LM386用作功放，熱釋電傳感器RE200B負責(zé)檢測是否有人接近門窗?，F(xiàn)在將主要芯片的資料介紹如下：2．1ISD4004芯片ISD4004是美國ISD公司制造的一種新款語音芯片。與ISD其它系列語音產(chǎn)品不同的是，ISD4004是一種微控制器“從〞設(shè)備，而“主〞控制器可以是內(nèi)置有SPI兼容接口的微控制器，也可以用I/O仿真SPI通信協(xié)議。ISD4004系列工作電壓為3V，單片錄放時間為8～16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動及其他便攜式電子產(chǎn)品中。2．1．1特點：〔１〕單片8至16分鐘語音錄放；〔２〕內(nèi)置微控制器串行通信接口；〔３〕3V單電源工作；〔４〕多段信息處理；〔５〕工作電流25-30mA，維持電流1μA；〔６〕不耗電信息保存100年(典型值)；〔７〕高質(zhì)量、自然的語音復(fù)原技術(shù)；〔８〕10萬次錄音周期(典型值)；〔９〕自動靜噪功能；〔１０〕片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘；2．1．2內(nèi)部框圖：圖2-1ISD4004系列語音芯片內(nèi)部框圖芯片采用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貯陣列。(內(nèi)部構(gòu)造如圖２-１所示)。芯片設(shè)計是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Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，防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"。采樣頻率可為4.0、5.3、6.4、8.0kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10萬次。2．1．2引腳功能描述ISD4004的引腳排列如圖２-２所示，各引腳功能如下：〔１〕電源(18-VCCA、27-VCCD):此引腳提供芯片工作所需的電壓。為了使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝的不同管腳上，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件?！玻病车鼐€(11/12/23-VSSA、4-VSSD):此引腳接芯片工作的地線。芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的地線?！玻场惩嗄M輸入(17-ANAIN+):這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32mV，耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時，信號最大幅度為峰峰值16mV。〔４〕反相模擬輸入(16-ANAIN-):差分驅(qū)動時，這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值16mV，本端的標稱輸入阻抗為56K。單端驅(qū)動時，本端通過電容接地。兩種方式下，ANAIN+和ANAIN-端的耦合電容值應(yīng)一樣?！玻怠骋纛l輸出(13-AUDOUT):此端提供音頻輸出，可驅(qū)動5KΩ的負載?！玻丁称x(1-SS):此端為低，即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平?！玻贰炒休斎?2-MOSI):此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端，供ISD輸入?！玻浮炒休敵?3-MISO):此端為ISD的串行輸出端。ISD未選中時，本端呈高阻態(tài)。圖2-2ISD4004-08MP系列引腳〔９〕串行時鐘(28-SCLK):此端為ISD的時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出ISD。〔１０〕中斷(25-INT):本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進)中檢測到EOM或OVF時，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開場時去除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF標志指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM標志只在放音中檢測到內(nèi)部的EOM標志時，此狀態(tài)位才置1?！玻保薄承械刂窌r鐘(24-RAC):此端為漏極開路輸出端。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進展了一行(ISD4004系列中的存貯器共2400行)。8kHz采樣頻率的器件，RAC周期為200ms，其**號175ms保持高電平，低電平為25ms(如圖２-３所示)。快進模式下，RAC的218。75μs是高電平，31。25μs為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。175ms25ms圖2-3ISD4004-08MP錄放時序〔１２〕外部時鐘(26-*CLK):本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校，誤差在+1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓*圍內(nèi)，頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓*圍內(nèi)，頻率變化在-6/+4%內(nèi)，此時建議使用穩(wěn)壓電源。假設(shè)要求更高精度，可從本端輸入外部時鐘(如附錄所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因內(nèi)部首先進展了分頻。在不外接時鐘時，此端必須接地?！玻保场匙詣屿o噪(14-AMCAP):當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的*一閾值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接1mF的電容，構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一局部。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比擬，決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時，自動靜噪電路不衰減，靜音時衰減6dB。1mF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則制止自動靜噪。2．1．3工作原理與功能特性〔1〕SPI協(xié)議(串行外端接口)ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位存放器在SCLK的下降沿動作，因此對ISD4004而言，在時鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：①所有串行數(shù)據(jù)傳輸開場于SS下降沿。②SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間則保持為高電平。③數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。④SS變低，輸入指令和地址后，ISD才能開場錄放操作。⑤指令格式是(8位控制碼)加(16位地址碼)。⑥ISD的任何操作(含快進)如果遇到EOM或OVF，則產(chǎn)生一個中斷，該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開場時被去除。⑦使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進展的操作兼容。當(dāng)然，也允許在一個SPI周期里，同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開場新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)。⑧所有操作在運行位(RUN)置1時開場，置0時完畢。⑨所有指令都在SS端上升沿開場執(zhí)行?！?〕SPI接口指令以以下舉了幾種對ISP器件進展操作時的指令次序：①信息快進用戶不必知道信息確實切地址，就能快進跳過一條信息。信息快進只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停頓，然后內(nèi)部地址計數(shù)器加1，指向下條信息的開場處。②上電順序器件延時TPUD(8kHz采樣時，約為25ms)后才能開場操作。因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待TPUD，才能發(fā)出一條操作指令。例如，從00從處發(fā)音，應(yīng)遵循如下時序:1>發(fā)POWERUP命令；2>等待TPUD(上電延時)；3>發(fā)地址值為00的SETPLAY命令；4>發(fā)PLAY命令；器件會從此00地址開場放音，當(dāng)出現(xiàn)EOM時，立即中斷，停頓放音。如果從00處錄音，則按以下時序:a。發(fā)POWERUP命令；b。等待TPUD(上電延時)；c。發(fā)POWERUP命令；d。等待2倍TPUD；e。發(fā)地址值為00的SETREC命令；f。發(fā)REC命令；器件便從00地址開場錄音，一直到出現(xiàn)OVF(存貯器末尾)時，錄音停頓。POWERUP00100***<****************>上電:等待TPUD后器件可以工作SETPLAY11100***<A15-A0>從指定地址開場放音(必須后跟PLAY指令，使放音繼續(xù))PLAY11110***<****************>從當(dāng)前地址開場放音(直至EOM或OVF)SETREC10100***<A15-A0>從指定地址開場錄音。必須后跟REC指錄音繼續(xù)REC110110**<****************>從當(dāng)前地址開場錄音(直至OVF或停頓)SETMC11101***<A15-A0>從指定地址開場快進。必須后跟MC指令快進繼續(xù)MC11111***<****************>執(zhí)行快進，直到EOM。假設(shè)再無信息，則進入OVF狀態(tài)STOP0*110***<****************>停頓當(dāng)前操作STOPPWRDN0*01****<****************>停頓當(dāng)前操作并掉電RINT0*110***<****************>讀狀態(tài):OVF和EOM表２-１SPI接口指令表注：快進只能在放音操作開場時選擇。〔3〕SPI端口的控制位SPI控制位圖如下圖EOM0VFP0P15000000MISOMISOSelectLogicMOSIC4C3C2C1C0***A15A0MessageCuelng(MC)IgnoreAddressBit(AB)PowerUp(PU)Play/Record(P/R)RUN圖２-４SPI端口控制位圖〔4〕SPI控制存放器SPI控制存放器控制器件的每個功能，如錄放、錄音、信息檢索(快進)、上電/掉電、開場和停頓操作、忽略地址指針等。詳見表下位值功能位值功能RUN==10允許/制止操作開場停頓PU==10電源控制上電掉電P/-R==10錄/放模式放音錄音IAB==10操作是否使用指令地址忽略輸入地址存放的內(nèi)容使用輸入地址存放的內(nèi)容MC==10快進模式允許快進制止P10-P0行指針存放器輸出A10-A0輸入地址存放器表２-２SPI控制存放器注：IAB置0時，錄、放操作從A10-A0地址開場。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲空間，在操作到達該行末之前，應(yīng)發(fā)出第二個SPI指令將IAB置1，否則器件在同一地址上反復(fù)循環(huán)。這個特點對語音提示功能很有用。RAC腳和IAB位可用于信息管理。SPI端口簡單框圖如下：C4C3C2C1C0***InputShiftHegisterMOSIMOSIRowCounteerMISOA15-A0P15-P0OVFEOMOutputShiftHegister〔5〕SPI時序參數(shù)表２-３SPI時序參數(shù)表SymbolParametersMinTypMa*UnitsTSSS/SSSetupTime500nsecTSSH/SSHoldTime500nsecTDISDatainSetupTime200nsecTDIHDatainHoldTime200nsecTPDOutputDelay500nsecTDFOutputDelaytoHiz500nsecTSSmin/SSHIGH1μsecTSCKhiSCLKHighTime400nsecTSCKlowSCLKLowTime400nsecF0CLK(Frequency)1000kHz注意一：國內(nèi)用戶多習(xí)慣使用8031系列單片機做微控制器，與ISD33000、4000系列均可以方便地連接，ISD芯片需要3V穩(wěn)壓電源，信號線可直接使用3V或5V電平。注意二：ISD4000系列芯片的控制方式與ISD33000系列完全一樣，可相互參閱。表２-４ISD4002/4003/4004芯片參數(shù)表〔〔6〕命令格式及時序8位及24位命令格式如圖6和圖7所示。錄音、放音、停頓時序如圖8所示。圖２-６8位命令格式圖２-７24位命令格式圖２-８錄音、放音、停頓時序2．2AT89S51單片機AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳構(gòu)造。它的Flash程序存儲器既可在線編程〔ISP〕也可用傳統(tǒng)方法進展編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2．2．1AT89S51主要性能參數(shù)〔１〕與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；〔２〕4K字節(jié)在系統(tǒng)編程〔ISP〕Flash閃速存儲器；〔３〕1000次擦寫周期；〔４〕4。0-5。5V的工作電壓*圍；〔５〕全靜態(tài)工作模式：〔６〕0Hz-33MHz；〔７〕三級程序加密碼鎖；〔８〕128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；〔９〕32個可編程I/O口線；〔１０〕2個16位定時/計數(shù)器；〔１１〕6個中斷源；全雙工串行UART通道；〔１２〕低功耗空閑和掉電模式；〔１３〕中斷可從空閑和掉電模式；〔１４〕看門狗〔WDT〕及雙數(shù)據(jù)指針；〔１５〕掉電標識和快速編程特性；〔１６〕靈活的在系統(tǒng)編程〔ISP-字節(jié)或頁寫模式〕；2．2．2AT89S51功能特性概述AT89S51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128個字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗〔WDT〕，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個全雙共串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停頓CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停頓工作并制止其它所有部件工作直到下一個硬件服位。2．2．3AT89S51芯片引腳(1)AT89S51芯片引腳排列如以下圖２-９所示:(2)管腳說明：①VCC：供電電壓。②GND：接地。③P0口：P0口為一組8位漏級開路雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸入口用時，每位每腳能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址〔低8位〕和數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，在期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。圖２-９AT89S51引腳排列④P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流。這是由于內(nèi)部存在上拉電阻，*個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在Flash編程和程序校驗時，P1口接收低8位地址。⑤P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉為高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進展存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進展讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在Flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。⑥P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口。輸出緩沖級可驅(qū)動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。當(dāng)P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入端口。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3口將用上拉電阻輸出電流〔〕。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表6所示。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器和程序校驗的控制信號。表２-６P3口備用功能端口引腳第二功能P3.0R*D〔串行輸入口〕P3.1T*D〔串行輸出口〕P3.2〔外中斷0〕P3.3〔外中斷1〕P3.4T0〔定時/計數(shù)器0〕P3.5T1〔定時/計數(shù)器1〕P3.6〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕⑦RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFRAU*R的DISRTO位〔地址8EH〕可翻開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平翻開狀態(tài)。⑧ALE/：當(dāng)外部存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低8位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖()。即使不外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的時鐘或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想制止ALE的輸出可在(SFR)區(qū)中的8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOV*和MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)時，ALE制止，置位無效。⑨：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。但在外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。⑩EA/VPP：外部允許。當(dāng)EA保持低電平〔接地〕時，則在此期間僅外部程序存儲器〔地址為0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)；當(dāng)EA端保持高電平〔接VCC端〕時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。在Flash存儲器編程期間，此引腳也用于施加+12V的編程電源〔VPP〕。*TAL1：反向振蕩放大器及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入端。*TAL2：反向振蕩器的輸出端。2．2．4振蕩器特性：*TAL1和*TAL2分別為反向放大器的輸入和輸出端。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器〔石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用〕。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，*TAL2應(yīng)不接。由于外部時鐘信號輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。2．2．589S51與同類芯片比擬〔89C51〕〔1〕功能方面：89S51新增加很多功能，性能有了較大提升，價格根本不變，甚至比89C51更低。ISP編程功能方面的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中別離，是一個強大易用的功能。〔2〕頻率方面：89S51最高工作頻率為33MHz，89C51的極限工作頻率是24MHz，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度?！?〕電路方面：89S51具有雙工UART串行通道；內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路；雙數(shù)據(jù)指示器；電源關(guān)閉標識；全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻?*性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯?！?〕兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比方8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。[3]2．3LM386介紹LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓*圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用于電池供電的場合。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。圖２-１０LM386內(nèi)部框圖特性如下：〔１〕靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電。

〔２〕工作電壓*圍寬，4-12Vor5-18V。

〔３〕外圍元件少。

〔４〕電壓增益可調(diào)，20-200。

〔５〕低失真度。２.４熱釋電傳感器RE200B人體具有約37℃的恒定體溫，會發(fā)出波長約10μm左右的紅外線。熱釋電紅外傳感器PIS-209S是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進展工作的。熱釋電紅外傳感器是一種敏感元件，制造熱釋電紅外傳感器的高熱材料是一種廣譜材料，它的探測波長*圍為0.2~20μm。為了對*一波長*圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干預(yù)濾波片。此濾波片只允許*些波長*圍的紅外光通過，而阻止燈光、陽光和其它紅外光通過。實際使用中，熱釋電紅外人體感應(yīng)器前面必須安裝菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的光學(xué)透鏡，它可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外傳感器上，從而提高傳感器的靈敏度，擴大監(jiān)視*圍。它可以產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元件要求信號不斷變化的特性。傳感器的兩個反向串聯(lián)的熱釋電元件輪流感受到運動物體，所以人體的紅外輻射以紅外脈沖的形式不斷改變熱釋電元件的溫度，使之輸出一串脈沖信號，假設(shè)人體在傳感器前不動則不會有輸出。3系統(tǒng)的設(shè)計3．1硬件設(shè)計該電路采用AT89S51單片機為控制系統(tǒng)，通過一個AN鍵和一個撥動開關(guān)實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換，操作命令由串行通信接口〔SPI〕送入。撥動開關(guān)用做功能開關(guān)，錄音/放音共用一個鍵，還有一個放音返回鍵。功能鍵處于高電平時為錄音狀態(tài)，按下AN鍵的同時錄音，放開AN鍵錄音停頓。功能鍵處于低電平時為放音狀態(tài)，按下AN音鍵開場放音,播完一段繼續(xù)后停頓放音，再按AN鍵播放下一段。按返回鍵時，返回到一開場放音狀態(tài)。當(dāng)熱釋電傳感器發(fā)出信號給單片機時，在單片機控制下，系統(tǒng)放出以前存儲在語音芯片中的語音，起到警告的作用。3．1．1硬件框圖熱釋電傳感器熱釋電傳感器RE200BＬEＤ數(shù)碼管顯示ＩＳＤ４００４ＡＴ８９Ｓ５１電源復(fù)位信號采集/處理電路圖３-１整體的工作原理框圖不法分子在所防*區(qū)域內(nèi)移動時會引起紅外輻射變化。當(dāng)其所輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器RE200B的探測元上時，熱釋電紅外傳感器將輸出電壓信號，單片機將根據(jù)報警響應(yīng)時間，對經(jīng)過信號采集與處理電路的數(shù)字信號進展識別，判斷是否啟動報警。假設(shè)啟動報警，且按下感應(yīng)模式鍵置為感應(yīng)模式情況下，通過控制已存有報警內(nèi)容的語音芯片和功放發(fā)出聲音，對不法分子進展警告。放大電路放大電路音頻功放ISD4004AT89S51看門狗、復(fù)位電路錄/放音等控制按鍵LED顯示圖３-２錄放音局部原理框圖語音錄放系統(tǒng)可以主要分為三局部。單片機控制局部、錄音局部、放音局部?？刂凭植縿t主要由單片機AT89S51構(gòu)成，包含必要的按鍵電路、復(fù)位電路等外圍電路。錄音和放音局部主要由ISD4004構(gòu)成，包含配套的變壓電路、功放電路等?？驁D如圖３-２所示。3．1．2硬件電路變壓電路圖３-３變壓電路ISD4004芯片的工作電壓是3V，而AT89S51是5V，圖３-3中用LM317降壓電路提供3V電壓?！?〕ISD4004與AT89S51的接口電路圖３-４ISD4004與89S51的接口電路本文討論的語音系統(tǒng)的控制和錄、放音局部主要由AT89S51單片機ISD4004語芯片構(gòu)成，其中單片機和語音芯片的接口設(shè)計如圖３-4所示：ISD4004與89S51接口局部為SPI串行接口，包含片選SS(SS=0允許ISD芯片工作)、串行數(shù)據(jù)輸入MOSI、串行數(shù)據(jù)輸出MISO、串行時鐘SCLK。ISD4004芯片在溢出(OVF)或檢測到EOM(信息完畢標志)時INT*引腳低有效產(chǎn)生中斷，作為單片機外中斷輸入。ISD4004還提供行地址時鐘信號(RAC)，作為單片機定時輸入，用于計算語音段時長。從圖中可以看出，單片機和ISD4004之間的連線較少。單片機AT89C51的P1.0接ISD4004的串行時鐘輸入端SCLK，作為ISD的時鐘輸入，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸；P1.1接ISD4004的片選引腳/SS，控制ISD4004是否選通；P1.2接ISD4004的MOSI串行輸入引腳，語音芯片從該引腳讀入放音的地址；P1.3接ISD的串行輸出引腳MISO，單片機從該引腳接收從語音芯片傳來的信號；P3.5接ISD芯片的中斷引腳/INT，接收從語音芯片發(fā)來的EOM信號，獲得語音段完畢信息，控制其放音或快進操作；ISD4004音頻信號輸出引腳AUDOUT通過一濾波電容輸出至外部功放〔3〕放音電路錄音輸入信號從ANAIN+、ANAIN-引入；音頻輸出信號由AUDOUT引出，信號可經(jīng)功放電路LM386輸出到揚聲器或耳機。電路如圖３-5所示。圖３-５放音電路〔３〕紅外檢測的信號采集與處理電路采用熱釋紅外電傳感器RE200B檢測人體信號，采用專用處理芯片BISS0001對所采集的信號進展初步處理。圖中Ｄ為電源端，Ｇ為接地端，Ｓ為電壓輸出端。BISS0001的輸出信號VO接單片機，供其讀取和進展處理。熱釋紅外電傳感器以非接觸方式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，它還能鑒別出運動的生物與其他非生物。實際使用時，傳感器前面安裝菲涅爾透鏡，將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋紅外電探測元上，同時產(chǎn)生交變的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋紅外電探測元要求信號不斷變化的特性。實驗證明，不加透鏡的時候，熱釋紅外電傳感器的檢測距離只有２米，加透鏡后，可到達１０米，甚至２０米以上。3．2軟件設(shè)計3．2．1程序設(shè)計思路由前面的分析和硬件原理圖可看到，在整個系統(tǒng)中，要屢次實現(xiàn)語音的錄音，放音功能，這些功能的實現(xiàn)是靠單片機89S51與ISD4004之間的通訊來完成的。其軟件局部主要涉及啟動錄音和停頓錄音、啟動放音和停頓放音、檢測EOM和OVF信號的外部中斷0等子程序模塊。3．2．2程序設(shè)計主程序主要完成初始化、數(shù)碼管顯示語音段數(shù)、掃描鍵盤識別按鍵功能，選擇不同按鍵調(diào)用相應(yīng)子程序可完成重新錄音、循環(huán)順序放音、快進及停頓等功能。錄音時啟動單片機內(nèi)部定時器并清0內(nèi)部計數(shù)器，由ISD4004地址時鐘信號RAC觸發(fā)定時器計數(shù)，停頓錄音時讀計數(shù)器結(jié)果即為語音段長度，從而可以記錄各語音段首、尾地址。定時器工作在方式0計數(shù)狀態(tài)不需產(chǎn)生中斷。錄音過程中假設(shè)產(chǎn)生OVF中斷，則停頓錄音，另外此信號還可用于級聯(lián)。放音過程中遇到EOM標志，ISD4004產(chǎn)生中斷，再有單片機發(fā)送STOP命令停頓放音操作。核心局部錄放音軟件流程設(shè)計：〔１〕紅外檢測子程序，見。〔２〕啟動錄音子程序，見。〔３〕啟動放音子程序，見?！玻础惩ｎD錄音子程序，見?！玻怠惩ｎD放音子程序，見。3．3整體調(diào)試在整個作品完成后，進展整體調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題及解決方案如下：〔1〕ISD器件的音頻信號輸出功率很小，需要加音頻功放如LM386或TDA2003驅(qū)動揚聲器;同時ISD輸出的信號直流分量假設(shè)直接加在LM386上，會使它處于飽和狀態(tài)，無聲音輸出，需要通過耦合電容割斷直流?！?〕考慮到實際應(yīng)用時，紅外檢測系統(tǒng)不能夠區(qū)分未知進入者和家人，當(dāng)家人接近門窗也會有警告語音產(chǎn)生，不夠智能化，有待進一步研究。4應(yīng)用效果本文設(shè)計了一個利用AT89S51和ISD4004組成的語音錄放系統(tǒng)，實現(xiàn)了現(xiàn)場錄音。此系統(tǒng)設(shè)計靈活，本錢低，語音器件抗干擾性強，應(yīng)用效果較好。該電路正常工作時為200mv，音量增大時功耗有所增加。整個電路工作穩(wěn)定、可靠，輸出的聲音清晰，沒有停頓、中斷、返回所產(chǎn)生的連續(xù)音。系統(tǒng)最大錄放時間為16min，如要增加錄放時間增加ISD4004芯片數(shù)量，通過級聯(lián)即可實現(xiàn)。例如4片ISD4004芯片，就能實現(xiàn)近一個小時的錄音長度。上面的語音錄放系統(tǒng)在結(jié)合一個熱釋電傳感器RE200B后，能夠很好地實現(xiàn)一個防盜系統(tǒng)應(yīng)有的功能，同市場上的報警系統(tǒng)產(chǎn)品相比，該報警系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、本錢低等優(yōu)點，適用于家庭使用。需要注意的是，在設(shè)計和使用家庭防盜系統(tǒng)的時候，要嚴格按照國家的標準，標準參照?防盜報警控制器通用技術(shù)條件?和?入侵探測器通用技術(shù)條件?，不得違反相關(guān)的規(guī)定。7附件7．1程序流程圖〈１〉整體的報警流程如圖7-１?！矗病祮愉浺糇映绦颍瑘D7-２。〈３〉啟動放音子程序，圖7-３。〈４〉停頓錄音子程序，圖7-４?！矗怠低ｎD放音子程序，圖7-５。開場開場初始化紅外信號檢測判斷是否報警發(fā)出語音警告再次檢測是否圖７-１錄音段號=0.錄音段號=0.首地址=0啟動錄音子程序發(fā)送REC命令從EEPROM取本段首地址將首地址給A0~A15發(fā)送SETREC命令使能CPU及外中斷INTO*地址記數(shù)器清0啟動定時器TO完畢完畢完畢NY圖７-２啟動錄音子程序停頓錄音子程序停頓錄音子程序制止中斷發(fā)送STOP命令停頓讀地址計數(shù)器中定時長度下段首地址=本段首地址+定時長度+1將下段首地址寫入存儲器完畢圖７-３停頓錄音子程序首地址=0啟動放音子程序首地址=0啟動放音子程序錄音段號=0.從EEPROM取本段首地址將首地址給A0~A15使能CPU及外中斷INTO*發(fā)送PLAY命令完畢圖7-2啟動放音子程序停頓放音子程序制止中斷發(fā)送STOP命令停頓讀地址計數(shù)器中定時長度下段首地址=本段首地址+定時長度+1由存儲器讀取下段首地址完畢圖７-５停頓放音子程序7．2系統(tǒng)程序SSBITP1.1SCLKBITP1.0MOSIBITP1.2MISOBITP1.3LEDBITP3.7INTBITP3.4ANBITP3.3;執(zhí)行STOPBITP3.0PRBITP3.6;PR=1錄音(開關(guān)擲下)PR=0放音(開關(guān)擲上)RACBITP3.5ORG0000H;T1計數(shù)MOVTMOD,*50HMOVTH1,*00HMOVTL1,*00HSETBTR1MAII:;一開場或停頓時顯示00MOVP3,*0FFHSETBP1.4MOVP0,*3FHMOVP2,*3FH MOV37H,*00H;錄音段數(shù)計數(shù)MOV38H,*00H;放音段數(shù)計數(shù)SETBLED;關(guān)指示燈ACALLDSTOP;ISD掉電M0:MOV3AH,*200;JNBP3.1,GYM1:AN,M0;等按AN鍵DJNZ3AH,M1;消抖MOVR4,*0AJMPWGYGY:;感應(yīng)模式MOVR4,*1CLRLEDMOVR5,*100LCALLDEL50SETBLED;延時｛[(2+2*123+3〕*200+3]*20+1=1s｝LOOP:MOVR5,*20D2:MOVR6,*200D3:MOVR7,*123JNBP1.4,LOOPDJNZR7,$DJNZR6,D3DJNZR5,D2WGY:ACALLUP;ISD上電MOV20H,*00H;ISD低位地址MOV21H,*00H;ISD高位地址PR,REC;PR=1錄音AJMPPLAY;PR=0放音;SETREC16位;從指定地址錄音10100<A15~A0>REC:MOVA,20H;發(fā)地址A7-A0ACALLISD*MOVA,21H;發(fā)地址A15-A8ACALLISD*MOVA,*0A0HACALLISD*SETBSS;關(guān)片選;REC8位;從當(dāng)前地址錄音10110<A15~A0>REC1:MOV36H,*10;REC2:MOVR5,*1LCALLDEL50;延時錄音DJNZ36H,REC2CLRLED;開指示燈INC37HMOVA,37HLCALLMALL;顯示MOVA,*0B0H;發(fā)10110***ACALLISD*SETBSS;關(guān)片選REC3:MOV35H,*200;REC4:JNBINT,REC7;OVF=0芯片溢出JNBAN,REC3;DJNZ35H,REC4;SETBLED;松鍵,錄音停頓并形成一段..關(guān)指示燈..ACALLSTOPP;停頓當(dāng)前操作REC5:JNBSTOP,REC6;按"STOP"鍵為復(fù)位，再錄音時又從第一段開場。MOV3AH,*200;REC51:AN,REC5;等按AN鍵DJNZ3AH,REC51AJMPREC1REC6:CLRSCLK;時鐘SCLK=0SETBSS;關(guān)片選ACALLSTOPP;停頓當(dāng)前操作AJMPMAIIREC7:SETBLED;關(guān)指示燈MOV36H,*15REC8:MOVR5,*1ACALLDEL50;延時錄音AN,REC6;等待AN=1DJNZ36H,REC8CLRLEDMOV36H,*15REC9:MOVR5,*1ACALLDEL50;延時錄音AN,REC6;等待AN=1DJNZ36H,REC9AJMPREC7MC:MOV3AH,*200;MC0:P3.2,PLAY1;P3.2為MC端DJNZ3AH,MC0;按下快進鍵LCALLSTOPP;停頓當(dāng)前操作MOVA,*0F8H;發(fā)〈11111***〉執(zhí)行快進ACALLISD*SETBSSJNBINT,$INT,$MOVR5,*1ACALLDEL50AJMPPLAY1;SETPLAY16位;從指定地址放音11100<*A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0>PLAY:MOVA,20H;發(fā)地址A7-A0ACALLISD*;MOVA,21H;ACALLISD*;MOVA,*0E0HACALLISD*SETBSS;關(guān)片選;PLAY8位;從當(dāng)前地址放音11110<*A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0>PLAY1:INC38HMOVA,38HLCALLMALL;顯示PLAYZT:CLRLED;LED開指示燈MOVA,*0F0H;發(fā)11110********ACALLISD*SETBSS;關(guān)片選PLAY2:JNBP3.2,MCINT,PLAY2;無OVFEOM繼續(xù)放音SETBLED;關(guān)指示燈ACALLSTOPP;停頓當(dāng)前操作;檢測OVF…非OVF則就是EOM信號..CLRSS;開片選CLRSCLK;時鐘SCLK=0SETBSCLK;時鐘SCLK=1MISO,REC6;MISO=1芯片到末,OVF信號…MISO=0則是EOM信號..CLRSCLK;時鐘SCLK=0SETBSS;關(guān)片選A