家庭语音防盗系统的设计

4结论.z家庭语音防盗系统的设计【摘要】：目前，市场上的语音录放系统，多采用的是顺序录音，不具备循环录音功能，而且存在着难以实现自动播音、无法实现直接对地址的操作、不能有效利用存储器资源等问题。本次设计将AT89S51单片机系统和语音芯片ISD4004联系起来，形成一个基于ISD4004语音芯片的智能化的语音录放系统，通过ISD4004语音芯片和AT89S51单片机芯片的有机接合实现了语音录放系统控制的智能化，成为一个既能够循环录放、又能智能化管理的语音录放电路，具有较高的实际应用价值。作为家庭防盗的语音录放系统，它能够录下一些主人的话，当红外检测装置检测到有未知的进入者时，会适时地发出语音警告，起到一定的保护作用，而且本钱很低，反响灵活，适合大局部家庭的应用。1设计思路1．1课题的选取最初的设计灵感来自于以前做过的一个语音播放作品，当时用很简单的电路和很少的元件实现了一个市场上一般音响的功能，用在自己的电脑来放音乐。通过查阅一些相关的资料，再加上一些功能来作为此次的设计作品。这样，操作起来比拟简单，而且这个作品很实用，设计出来的系统可以应用到家庭防盗系统、公交报站系统、旅游景点导游系统中，应用*围很广泛。考虑到家庭财产的平安，设计出的语音系统再连接一个红外检测装置，就可以用在防盗系统中，起到一定的保护作用。而且相比于市场上昂贵的防盗产品，这样简单实用的设计更适用于一般的家庭。1．2设计思路采用AT89S51和ISD4004语音芯片再配合麦克风、LM386功放组成一个简单的语音录放系统，实现以下功能：录制并播放语音，包括音乐、歌曲、说话的声音以及自然界的声音等；设置四个按键和一个拨动开关，按键实现语音的播放、停顿、快进和感应控制，拨动开关实现录音和放音的切换；配置一个复位按键，消除以前的录音；配置两个LED发光二极管和两个一位七段数码管，一个LED发光二极管显示是否正常工作，另一个用来指示对语言芯片的操作，数码管显示当前录放的段数。上面的录放系统再外接一个热释电传感RE200B及传感信号处理器BISS0001就可以完成一个简单的家庭语音防盗系统，当有人接近门窗时，热释电传感器检测到人的存在，就会向控制系统AT89S51发出信号，然后会通过放音电路放出以前存储在ISD4004语音芯片中的语音，起到语音警告的作用，吓走不法分子。2工作原理录放系统主要由ISD4004、AT89S51、LM386和热释电传感器RE200B组成，AT89S51负责控制，ISD4004芯片负责录音，LM386用作功放，热释电传感器RE200B负责检测是否有人接近门窗。现在将主要芯片的资料介绍如下：2．1ISD4004芯片ISD4004是美国ISD公司制造的一种新款语音芯片。与ISD其它系列语音产品不同的是，ISD4004是一种微控制器“从〞设备，而“主〞控制器可以是内置有SPI兼容接口的微控制器，也可以用I/O仿真SPI通信协议。ISD4004系列工作电压为3V，单片录放时间为8～16分钟，音质好，适用于移动及其他便携式电子产品中。2．1．1特点：〔１〕单片8至16分钟语音录放；〔２〕内置微控制器串行通信接口；〔３〕3V单电源工作；〔４〕多段信息处理；〔５〕工作电流25-30mA，维持电流1μA；〔６〕不耗电信息保存100年(典型值)；〔７〕高质量、自然的语音复原技术；〔８〕10万次录音周期(典型值)；〔９〕自动静噪功能；〔１０〕片内免调整时钟，可选用外部时钟；2．1．2内部框图：图2-1ISD4004系列语音芯片内部框图芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。(内部构造如图２-１所示)。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，防止了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。采样频率可为4.0、5.3、6.4、8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年(典型值)，反复录音10万次。2．1．2引脚功能描述ISD4004的引脚排列如图２-２所示，各引脚功能如下：〔１〕电源(18-VCCA、27-VCCD):此引脚提供芯片工作所需的电压。为了使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装的不同管脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。〔２〕地线(11/12/23-VSSA、4-VSSD):此引脚接芯片工作的地线。芯片内部的模拟和数字电路使用不同的地线。〔３〕同相模拟输入(17-ANAIN+):这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV。〔４〕反相模拟输入(16-ANAIN-):差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mV，本端的标称输入阻抗为56K。单端驱动时，本端通过电容接地。两种方式下，ANAIN+和ANAIN-端的耦合电容值应一样。〔５〕音频输出(13-AUDOUT):此端提供音频输出，可驱动5KΩ的负载。〔６〕片选(1-SS):此端为低，即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。〔７〕串行输入(2-MOSI):此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供ISD输入。〔８〕串行输出(3-MISO):此端为ISD的串行输出端。ISD未选中时，本端呈高阻态。图2-2ISD4004-08MP系列引脚〔９〕串行时钟(28-SCLK):此端为ISD的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD，在下降沿移出ISD。〔１０〕中断(25-INT):本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM或OVF时，本端变低并保持。中断状态在下一个SPI周期开场时去除。中断状态也可用RINT指令读取。OVF标志指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM标志只在放音中检测到内部的EOM标志时，此状态位才置1。〔１１〕行地址时钟(24-RAC):此端为漏极开路输出端。每个RAC周期表示ISD存储器的操作进展了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。8kHz采样频率的器件，RAC周期为200ms，其**号175ms保持高电平，低电平为25ms(如图２-３所示)。快进模式下，RAC的218。75μs是高电平，31。25μs为低电平。该端可用于存储管理技术。175ms25ms图2-3ISD4004-08MP录放时序〔１２〕外部时钟(26-*CLK):本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，误差在+1%内。商业级芯片在整个温度和电压*围内，频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压*围内，频率变化在-6/+4%内，此时建议使用稳压电源。假设要求更高精度，可从本端输入外部时钟(如附录所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因内部首先进展了分频。在不外接时钟时，此端必须接地。〔１３〕自动静噪(14-AMCAP):当录音信号电平下降到内部设定的*一阈值以下时，自动静噪功能使信号衰弱，这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1mF的电容，构成内部信号电平峰值检测电路的一局部。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比拟，决定自动静噪功能的翻转点。大信号时，自动静噪电路不衰减，静音时衰减6dB。1mF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA则制止自动静噪。2．1．3工作原理与功能特性〔1〕SPI协议(串行外端接口)ISD4004工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位存放器在SCLK的下降沿动作，因此对ISD4004而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。协议的具体内容为：①所有串行数据传输开场于SS下降沿。②SS在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间则保持为高电平。③数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。④SS变低，输入指令和地址后，ISD才能开场录放操作。⑤指令格式是(8位控制码)加(16位地址码)。⑥ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF，则产生一个中断，该中断状态在下一个SPI周期开场时被去除。⑦使用"读"指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时，控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进展的操作兼容。当然，也允许在一个SPI周期里，同时执行读状态和开场新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。⑧所有操作在运行位(RUN)置1时开场，置0时完毕。⑨所有指令都在SS端上升沿开场执行。〔2〕SPI接口指令以以下举了几种对ISP器件进展操作时的指令次序：①信息快进用户不必知道信息确实切地址，就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停顿，然后内部地址计数器加1，指向下条信息的开场处。②上电顺序器件延时TPUD(8kHz采样时，约为25ms)后才能开场操作。因此，用户发完上电指令后，必须等待TPUD，才能发出一条操作指令。例如，从00从处发音，应遵循如下时序:1>发POWERUP命令；2>等待TPUD(上电延时)；3>发地址值为00的SETPLAY命令；4>发PLAY命令；器件会从此00地址开场放音，当出现EOM时，立即中断，停顿放音。如果从00处录音，则按以下时序:a。发POWERUP命令；b。等待TPUD(上电延时)；c。发POWERUP命令；d。等待2倍TPUD；e。发地址值为00的SETREC命令；f。发REC命令；器件便从00地址开场录音，一直到出现OVF(存贮器末尾)时，录音停顿。POWERUP00100***<****************>上电:等待TPUD后器件可以工作SETPLAY11100***<A15-A0>从指定地址开场放音(必须后跟PLAY指令，使放音继续)PLAY11110***<****************>从当前地址开场放音(直至EOM或OVF)SETREC10100***<A15-A0>从指定地址开场录音。必须后跟REC指录音继续REC110110**<****************>从当前地址开场录音(直至OVF或停顿)SETMC11101***<A15-A0>从指定地址开场快进。必须后跟MC指令快进继续MC11111***<****************>执行快进，直到EOM。假设再无信息，则进入OVF状态STOP0*110***<****************>停顿当前操作STOPPWRDN0*01****<****************>停顿当前操作并掉电RINT0*110***<****************>读状态:OVF和EOM表２-１SPI接口指令表注：快进只能在放音操作开场时选择。〔3〕SPI端口的控制位SPI控制位图如下图EOM0VFP0P15000000MISOMISOSelectLogicMOSIC4C3C2C1C0***A15A0MessageCuelng(MC)IgnoreAddressBit(AB)PowerUp(PU)Play/Record(P/R)RUN图２-４SPI端口控制位图〔4〕SPI控制存放器SPI控制存放器控制器件的每个功能，如录放、录音、信息检索(快进)、上电/掉电、开场和停顿操作、忽略地址指针等。详见表下位值功能位值功能RUN==10允许/制止操作开场停顿PU==10电源控制上电掉电P/-R==10录/放模式放音录音IAB==10操作是否使用指令地址忽略输入地址存放的内容使用输入地址存放的内容MC==10快进模式允许快进制止P10-P0行指针存放器输出A10-A0输入地址存放器表２-２SPI控制存放器注：IAB置0时，录、放操作从A10-A0地址开场。为了能连贯地录、放到后续的存储空间，在操作到达该行末之前，应发出第二个SPI指令将IAB置1，否则器件在同一地址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。RAC脚和IAB位可用于信息管理。SPI端口简单框图如下：C4C3C2C1C0***InputShiftHegisterMOSIMOSIRowCounteerMISOA15-A0P15-P0OVFEOMOutputShiftHegister〔5〕SPI时序参数表２-３SPI时序参数表SymbolParametersMinTypMa*UnitsTSSS/SSSetupTime500nsecTSSH/SSHoldTime500nsecTDISDatainSetupTime200nsecTDIHDatainHoldTime200nsecTPDOutputDelay500nsecTDFOutputDelaytoHiz500nsecTSSmin/SSHIGH1μsecTSCKhiSCLKHighTime400nsecTSCKlowSCLKLowTime400nsecF0CLK(Frequency)1000kHz注意一：国内用户多习惯使用8031系列单片机做微控制器，与ISD33000、4000系列均可以方便地连接，ISD芯片需要3V稳压电源，信号线可直接使用3V或5V电平。注意二：ISD4000系列芯片的控制方式与ISD33000系列完全一样，可相互参阅。表２-４ISD4002/4003/4004芯片参数表〔〔6〕命令格式及时序8位及24位命令格式如图6和图7所示。录音、放音、停顿时序如图8所示。图２-６8位命令格式图２-７24位命令格式图２-８录音、放音、停顿时序2．2AT89S51单片机AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚构造。它的Flash程序存储器既可在线编程〔ISP〕也可用传统方法进展编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。2．2．1AT89S51主要性能参数〔１〕与MCS-51产品指令系统完全兼容；〔２〕4K字节在系统编程〔ISP〕Flash闪速存储器；〔３〕1000次擦写周期；〔４〕4。0-5。5V的工作电压*围；〔５〕全静态工作模式：〔６〕0Hz-33MHz；〔７〕三级程序加密码锁；〔８〕128×8字节内部RAM；〔９〕32个可编程I/O口线；〔１０〕2个16位定时/计数器；〔１１〕6个中断源；全双工串行UART通道；〔１２〕低功耗空闲和掉电模式；〔１３〕中断可从空闲和掉电模式；〔１４〕看门狗〔WDT〕及双数据指针；〔１５〕掉电标识和快速编程特性；〔１６〕灵活的在系统编程〔ISP-字节或页写模式〕；2．2．2AT89S51功能特性概述AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128个字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗〔WDT〕，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个全双共串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停顿CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停顿工作并制止其它所有部件工作直到下一个硬件服位。2．2．3AT89S51芯片引脚(1)AT89S51芯片引脚排列如以下图２-９所示:(2)管脚说明：①VCC：供电电压。②GND：接地。③P0口：P0口为一组8位漏级开路双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输入口用时，每位每脚能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址〔低8位〕和数据总线复用口，在期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。图２-９AT89S51引脚排列④P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能驱动〔吸收或输出电流〕4个TTL逻辑门电路。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流。这是由于内部存在上拉电阻，*个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。⑤P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可驱动〔吸收或输出电流〕4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉为高电平，此时可作为输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。⑥P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口。输出缓冲级可驱动〔吸收或输出电流〕4个TTL逻辑门电路。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉为高电平，并用作输入端口。作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3口将用上拉电阻输出电流〔〕。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表6所示。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器和程序校验的控制信号。表２-６P3口备用功能端口引脚第二功能P3.0R*D〔串行输入口〕P3.1T*D〔串行输出口〕P3.2〔外中断0〕P3.3〔外中断1〕P3.4T0〔定时/计数器0〕P3.5T1〔定时/计数器1〕P3.6〔外部数据存储器写选通〕P3.7〔外部数据存储器读选通〕⑦RST：复位输入。当振荡器复位器件时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAU*R的DISRTO位〔地址8EH〕可翻开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平翻开状态。⑧ALE/：当外部存储器或数据存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲()。即使不外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的时钟或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想制止ALE的输出可在(SFR)区中的8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOV*和MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态时，ALE制止，置位无效。⑨：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。但在外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。⑩EA/VPP：外部允许。当EA保持低电平〔接地〕时，则在此期间仅外部程序存储器〔地址为0000H-FFFFH〕，不管是否有内部程序存储器。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态；当EA端保持高电平〔接VCC端〕时，CPU执行内部程序存储器中的指令。在Flash存储器编程期间，此引脚也用于施加+12V的编程电源〔VPP〕。*TAL1：反向振荡放大器及内部时钟工作电路的输入端。*TAL2：反向振荡器的输出端。2．2．4振荡器特性：*TAL1和*TAL2分别为反向放大器的输入和输出端。该反向放大器可以配置为片内振荡器〔石晶振荡和陶瓷振荡均可采用〕。如采用外部时钟源驱动器件，*TAL2应不接。由于外部时钟信号输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。2．2．589S51与同类芯片比拟〔89C51〕〔1〕功能方面：89S51新增加很多功能，性能有了较大提升，价格根本不变，甚至比89C51更低。ISP编程功能方面的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中别离，是一个强大易用的功能。〔2〕频率方面：89S51最高工作频率为33MHz，89C51的极限工作频率是24MHz，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。〔3〕电路方面：89S51具有双工UART串行通道；内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路；双数据指示器；电源关闭标识；全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的**性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。〔4〕兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比方8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。[3]2．3LM386介绍LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压*围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。图２-１０LM386内部框图特性如下：〔１〕静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。

〔２〕工作电压*围宽，4-12Vor5-18V。

〔３〕外围元件少。

〔４〕电压增益可调，20-200。

〔５〕低失真度。２.４热释电传感器RE200B人体具有约37℃的恒定体温，会发出波长约10μm左右的红外线。热释电红外传感器PIS-209S是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进展工作的。热释电红外传感器是一种敏感元件，制造热释电红外传感器的高热材料是一种广谱材料，它的探测波长*围为0.2~20μm。为了对*一波长*围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干预滤波片。此滤波片只允许*些波长*围的红外光通过，而阻止灯光、阳光和其它红外光通过。实际使用中，热释电红外人体感应器前面必须安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外传感器上，从而提高传感器的灵敏度，扩大监视*围。它可以产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元件要求信号不断变化的特性。传感器的两个反向串联的热释电元件轮流感受到运动物体，所以人体的红外辐射以红外脉冲的形式不断改变热释电元件的温度，使之输出一串脉冲信号，假设人体在传感器前不动则不会有输出。3系统的设计3．1硬件设计该电路采用AT89S51单片机为控制系统，通过一个AN键和一个拨动开关实现功能转换，操作命令由串行通信接口〔SPI〕送入。拨动开关用做功能开关，录音/放音共用一个键，还有一个放音返回键。功能键处于高电平时为录音状态，按下AN键的同时录音，放开AN键录音停顿。功能键处于低电平时为放音状态，按下AN音键开场放音,播完一段继续后停顿放音，再按AN键播放下一段。按返回键时，返回到一开场放音状态。当热释电传感器发出信号给单片机时，在单片机控制下，系统放出以前存储在语音芯片中的语音，起到警告的作用。3．1．1硬件框图热释电传感器热释电传感器RE200BＬEＤ数码管显示ＩＳＤ４００４ＡＴ８９Ｓ５１电源复位信号采集/处理电路图３-１整体的工作原理框图不法分子在所防*区域内移动时会引起红外辐射变化。当其所辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器RE200B的探测元上时，热释电红外传感器将输出电压信号，单片机将根据报警响应时间，对经过信号采集与处理电路的数字信号进展识别，判断是否启动报警。假设启动报警，且按下感应模式键置为感应模式情况下，通过控制已存有报警内容的语音芯片和功放发出声音，对不法分子进展警告。放大电路放大电路音频功放ISD4004AT89S51看门狗、复位电路录/放音等控制按键LED显示图３-２录放音局部原理框图语音录放系统可以主要分为三局部。单片机控制局部、录音局部、放音局部。控制局部则主要由单片机AT89S51构成，包含必要的按键电路、复位电路等外围电路。录音和放音局部主要由ISD4004构成，包含配套的变压电路、功放电路等。框图如图３-２所示。3．1．2硬件电路变压电路图３-３变压电路ISD4004芯片的工作电压是3V，而AT89S51是5V，图３-3中用LM317降压电路提供3V电压。〔2〕ISD4004与AT89S51的接口电路图３-４ISD4004与89S51的接口电路本文讨论的语音系统的控制和录、放音局部主要由AT89S51单片机ISD4004语芯片构成，其中单片机和语音芯片的接口设计如图３-4所示：ISD4004与89S51接口局部为SPI串行接口，包含片选SS(SS=0允许ISD芯片工作)、串行数据输入MOSI、串行数据输出MISO、串行时钟SCLK。ISD4004芯片在溢出(OVF)或检测到EOM(信息完毕标志)时INT*引脚低有效产生中断，作为单片机外中断输入。ISD4004还提供行地址时钟信号(RAC)，作为单片机定时输入，用于计算语音段时长。从图中可以看出，单片机和ISD4004之间的连线较少。单片机AT89C51的P1.0接ISD4004的串行时钟输入端SCLK，作为ISD的时钟输入，用于同步MOSI和MISO的数据传输；P1.1接ISD4004的片选引脚/SS，控制ISD4004是否选通；P1.2接ISD4004的MOSI串行输入引脚，语音芯片从该引脚读入放音的地址；P1.3接ISD的串行输出引脚MISO，单片机从该引脚接收从语音芯片传来的信号；P3.5接ISD芯片的中断引脚/INT，接收从语音芯片发来的EOM信号，获得语音段完毕信息，控制其放音或快进操作；ISD4004音频信号输出引脚AUDOUT通过一滤波电容输出至外部功放〔3〕放音电路录音输入信号从ANAIN+、ANAIN-引入；音频输出信号由AUDOUT引出，信号可经功放电路LM386输出到扬声器或耳机。电路如图３-5所示。图３-５放音电路〔３〕红外检测的信号采集与处理电路采用热释红外电传感器RE200B检测人体信号，采用专用处理芯片BISS0001对所采集的信号进展初步处理。图中Ｄ为电源端，Ｇ为接地端，Ｓ为电压输出端。BISS0001的输出信号VO接单片机，供其读取和进展处理。热释红外电传感器以非接触方式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。实际使用时，传感器前面安装菲涅尔透镜，将人体辐射的红外线聚焦到热释红外电探测元上，同时产生交变的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释红外电探测元要求信号不断变化的特性。实验证明，不加透镜的时候，热释红外电传感器的检测距离只有２米，加透镜后，可到达１０米，甚至２０米以上。3．2软件设计3．2．1程序设计思路由前面的分析和硬件原理图可看到，在整个系统中，要屡次实现语音的录音，放音功能，这些功能的实现是靠单片机89S51与ISD4004之间的通讯来完成的。其软件局部主要涉及启动录音和停顿录音、启动放音和停顿放音、检测EOM和OVF信号的外部中断0等子程序模块。3．2．2程序设计主程序主要完成初始化、数码管显示语音段数、扫描键盘识别按键功能，选择不同按键调用相应子程序可完成重新录音、循环顺序放音、快进及停顿等功能。录音时启动单片机内部定时器并清0内部计数器，由ISD4004地址时钟信号RAC触发定时器计数，停顿录音时读计数器结果即为语音段长度，从而可以记录各语音段首、尾地址。定时器工作在方式0计数状态不需产生中断。录音过程中假设产生OVF中断，则停顿录音，另外此信号还可用于级联。放音过程中遇到EOM标志，ISD4004产生中断，再有单片机发送STOP命令停顿放音操作。核心局部录放音软件流程设计：〔１〕红外检测子程序，见。〔２〕启动录音子程序，见。〔３〕启动放音子程序，见。〔４〕停顿录音子程序，见。〔５〕停顿放音子程序，见。3．3整体调试在整个作品完成后，进展整体调试，发现问题及解决方案如下：〔1〕ISD器件的音频信号输出功率很小，需要加音频功放如LM386或TDA2003驱动扬声器;同时ISD输出的信号直流分量假设直接加在LM386上，会使它处于饱和状态，无声音输出，需要通过耦合电容割断直流。〔2〕考虑到实际应用时，红外检测系统不能够区分未知进入者和家人，当家人接近门窗也会有警告语音产生，不够智能化，有待进一步研究。4应用效果本文设计了一个利用AT89S51和ISD4004组成的语音录放系统，实现了现场录音。此系统设计灵活，本钱低，语音器件抗干扰性强，应用效果较好。该电路正常工作时为200mv，音量增大时功耗有所增加。整个电路工作稳定、可靠，输出的声音清晰，没有停顿、中断、返回所产生的连续音。系统最大录放时间为16min，如要增加录放时间增加ISD4004芯片数量，通过级联即可实现。例如4片ISD4004芯片，就能实现近一个小时的录音长度。上面的语音录放系统在结合一个热释电传感器RE200B后，能够很好地实现一个防盗系统应有的功能，同市场上的报警系统产品相比，该报警系统具有构造简单、本钱低等优点，适用于家庭使用。需要注意的是，在设计和使用家庭防盗系统的时候，要严格按照国家的标准，标准参照?防盗报警控制器通用技术条件?和?入侵探测器通用技术条件?，不得违反相关的规定。7附件7．1程序流程图〈１〉整体的报警流程如图7-１。〈２〉启动录音子程序，图7-２。〈３〉启动放音子程序，图7-３。〈４〉停顿录音子程序，图7-４。〈５〉停顿放音子程序，图7-５。开场开场初始化红外信号检测判断是否报警发出语音警告再次检测是否图７-１录音段号=0.录音段号=0.首地址=0启动录音子程序发送REC命令从EEPROM取本段首地址将首地址给A0~A15发送SETREC命令使能CPU及外中断INTO*地址记数器清0启动定时器TO完毕完毕完毕NY图７-２启动录音子程序停顿录音子程序停顿录音子程序制止中断发送STOP命令停顿读地址计数器中定时长度下段首地址=本段首地址+定时长度+1将下段首地址写入存储器完毕图７-３停顿录音子程序首地址=0启动放音子程序首地址=0启动放音子程序录音段号=0.从EEPROM取本段首地址将首地址给A0~A15使能CPU及外中断INTO*发送PLAY命令完毕图7-2启动放音子程序停顿放音子程序制止中断发送STOP命令停顿读地址计数器中定时长度下段首地址=本段首地址+定时长度+1由存储器读取下段首地址完毕图７-５停顿放音子程序7．2系统程序SSBITP1.1SCLKBITP1.0MOSIBITP1.2MISOBITP1.3LEDBITP3.7INTBITP3.4ANBITP3.3;执行STOPBITP3.0PRBITP3.6;PR=1录音(开关掷下)PR=0放音(开关掷上)RACBITP3.5ORG0000H;T1计数MOVTMOD,*50HMOVTH1,*00HMOVTL1,*00HSETBTR1MAII:;一开场或停顿时显示00MOVP3,*0FFHSETBP1.4MOVP0,*3FHMOVP2,*3FH MOV37H,*00H;录音段数计数MOV38H,*00H;放音段数计数SETBLED;关指示灯ACALLDSTOP;ISD掉电M0:MOV3AH,*200;JNBP3.1,GYM1:AN,M0;等按AN键DJNZ3AH,M1;消抖MOVR4,*0AJMPWGYGY:;感应模式MOVR4,*1CLRLEDMOVR5,*100LCALLDEL50SETBLED;延时｛[(2+2*123+3〕*200+3]*20+1=1s｝LOOP:MOVR5,*20D2:MOVR6,*200D3:MOVR7,*123JNBP1.4,LOOPDJNZR7,$DJNZR6,D3DJNZR5,D2WGY:ACALLUP;ISD上电MOV20H,*00H;ISD低位地址MOV21H,*00H;ISD高位地址PR,REC;PR=1录音AJMPPLAY;PR=0放音;SETREC16位;从指定地址录音10100<A15~A0>REC:MOVA,20H;发地址A7-A0ACALLISD*MOVA,21H;发地址A15-A8ACALLISD*MOVA,*0A0HACALLISD*SETBSS;关片选;REC8位;从当前地址录音10110<A15~A0>REC1:MOV36H,*10;REC2:MOVR5,*1LCALLDEL50;延时录音DJNZ36H,REC2CLRLED;开指示灯INC37HMOVA,37HLCALLMALL;显示MOVA,*0B0H;发10110***ACALLISD*SETBSS;关片选REC3:MOV35H,*200;REC4:JNBINT,REC7;OVF=0芯片溢出JNBAN,REC3;DJNZ35H,REC4;SETBLED;松键,录音停顿并形成一段..关指示灯..ACALLSTOPP;停顿当前操作REC5:JNBSTOP,REC6;按"STOP"键为复位，再录音时又从第一段开场。MOV3AH,*200;REC51:AN,REC5;等按AN键DJNZ3AH,REC51AJMPREC1REC6:CLRSCLK;时钟SCLK=0SETBSS;关片选ACALLSTOPP;停顿当前操作AJMPMAIIREC7:SETBLED;关指示灯MOV36H,*15REC8:MOVR5,*1ACALLDEL50;延时录音AN,REC6;等待AN=1DJNZ36H,REC8CLRLEDMOV36H,*15REC9:MOVR5,*1ACALLDEL50;延时录音AN,REC6;等待AN=1DJNZ36H,REC9AJMPREC7MC:MOV3AH,*200;MC0:P3.2,PLAY1;P3.2为MC端DJNZ3AH,MC0;按下快进键LCALLSTOPP;停顿当前操作MOVA,*0F8H;发〈11111***〉执行快进ACALLISD*SETBSSJNBINT,$INT,$MOVR5,*1ACALLDEL50AJMPPLAY1;SETPLAY16位;从指定地址放音11100<*A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0>PLAY:MOVA,20H;发地址A7-A0ACALLISD*;MOVA,21H;ACALLISD*;MOVA,*0E0HACALLISD*SETBSS;关片选;PLAY8位;从当前地址放音11110<*A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0>PLAY1:INC38HMOVA,38HLCALLMALL;显示PLAYZT:CLRLED;LED开指示灯MOVA,*0F0H;发11110********ACALLISD*SETBSS;关片选PLAY2:JNBP3.2,MCINT,PLAY2;无OVFEOM继续放音SETBLED;关指示灯ACALLSTOPP;停顿当前操作;检测OVF…非OVF则就是EOM信号..CLRSS;开片选CLRSCLK;时钟SCLK=0SETBSCLK;时钟SCLK=1MISO,REC6;MISO=1芯片到末,OVF信号…MISO=0则是EOM信号..CLRSCLK;时钟SCLK=0SETBSS;关片选A