家庭智能紧急呼救系统的设计

家庭智能紧急呼救系统的设计摘要本文要紧介绍了一种以单片机STC89C52RC和DTMF编码集成电路MT8888CE为核心，基于单片机操纵的自动拨号呼救系统。平常系统处于等待状态，在经按键触发后，挪用存储在单片机里的号码，并由单片机操纵MT8888CE拨号，实现自动呼救功能。单片语音录放集成电路ISD1420提供系统语音呼救输出。本系统能够并联在任何一部一般上，可知足特殊群体在碰到超级情形下的紧急求助。本系统在实验调试中实现了设计的大体要求。文中详细介绍了系统软硬件的设计和调试进程。关键词：双音多频，DTMF编码，呼救，MT8888，ISD1420

TheDesignofHouseholdIntelligentEmergentCallSystemAbstractThispapermainlyrecommendsasystemaboutMT8888CE,whichisforDTMFsignalcodingandisbasedonSTC89SC2RC.BaseonthebriefofCPU’scontrollingthetelephonetoautomatedringsystem.Andthewholecircuitisinthestatusofawaitingopportunity.Oncethekey-pressistouchedoff,theCPUwillimmediatelygotothesoftwaretomaketheCMOSchipofMT8888CEforDTMFsignalcodingringthecorrespondnumberwhichhasalreadybeeninputintheCPU.AndthentheISD1420outputthevoicetonoticethehelpingdepartment.Thesystemcanbeparallellyconnectedwithordinarytelephone,andcouldmeettheneedsofparticularpeopleinemergency.Haverealizedtherequestdesignedbasicallythroughtheexperiment.Haveintroducedthedesignofthesoftwareandhardwareanddebuggingcoursesystematicallyindetailinthearticle.KeyWords:DTMF,DTMFcode,Telephonecalling,MT8888,ISD1420

目录论文总页数：30页前言 11 绪论 2 系统设计背景及意义 2 系统整体设计要求 2 系统要紧设计内容 22 系统整体设计及可行性分析 2 系统整体设计 2 系统整体设计分析 3 硬件单元电路 3 自动摘挂机电路 3 语音录放电路 4 双音多频信号发送电路 4 信号音检测电路 4 软件模块 5 系统分析总结 53 系统硬件设计与调试 5 双音多频信号发送电路 5 MT8888大体功能 6 MT8888引脚功能概念 6 MT8888工作原理 6 MT8888组成的DTMF信号发送电路 8 自动摘挂机电路 10 语音录放电路 12 单片语音录放集成电路ISD1420的特点 12 单片语音录放集成电路ISD1420的内部电路结构和引脚功能概念 12 单片语音录放集成电路ISD1420组成的语音录放电路 13 放大电路 15 信号音检测电路 16 键盘显示电路 17 单片机及操纵电路 18 片内振荡器及时钟信号的产生 18 操纵电路 184 系统软件设计与调试 19 外部中断/INT0处置模块 19 外部中断/INT1处置模块 20 拨号模块 20 呼唤处置模块 23 系统程序调试中显现的问题 245 总结 24 系统设计总结 24 系统功能扩展 25 系统利用说明 25 系统需改良的地方 25结论 25参考文献 27致谢 28声明 29附录1MT8888内部结构框图 30附录2ISD1420内部结构框图 30前言随着科学技术的进展，人类社会已进入信息时期，通信作为信息传递最便利的工具之一已经大体普及。当人们在家中碰到突发情形时，通过向急救中心（如110、11九、120）或其它的通信终端进行报警或求助已成为一种必然的选择。目前一样家用大体能够知足一般用户在紧急情形下的利用要求，但对一些特定群体（如残疾人、有突发性疾病的患者等）并非适合。此类群体由于自身的问题，在碰到紧急情形时，因不能像常人一样操作一般，极可能发不出去报警或求助信息，使其得不到及时的援助，由此产生严峻的后果。目前市场上报警器的种类繁多，但针对此类群体的智能紧急呼救系统却超级少见。本家庭智能紧急呼救系统确实是专门为残疾人、有突发性疾病的患者等特定群体设计开发的。该紧急呼救系统要紧由拨号模块和语音信息模块等组成。该系统应一经启动，就能够够自动实现摘机、拨通正确的号码（如110、11九、120等急救中心或其他固定和电话的号码）、检测到拨通对方后、继续挪用存储的语音信息,送出报警或求助信息。该系统减少手动摘机、手动拨号、说话等环节给当事人带来的麻烦与不便，使他们在第一时刻内取得援助。结合本钱、应用环境等实际条件限制，开发了以单片机为主控电路的智能紧急呼救系统。采纳DTMF信号实现远距离通信，具有传输距离长、数据准确和抗干扰强等特点，且DTMF信号已经普遍应用于通信、遥控等领域，因此本设计中采纳DTMF信号实现拨号。该呼救系统在设计中，涉及到系统的功能、靠得住性和在利用进程中是不是方便、便于编程等一系列的问题，通过综合考虑，采纳单片机STC89C52RC和DTMF编码集成电路MT8888CE为核心电路。采纳公用线作为信息传输媒体，如此系统受干扰小，误报率低，利用范围宽广。凡有公共线的地址，呼救信息都能够抵达，距离不受限制。本设计利用网传输数字和语音信息，靠得住性比较高，操作方便。采纳高品质的ISD1420单片语音录放集成电路，能够事前录入20秒的语音信息，如求助者的地址等，使急救中心或其它通信终端接到呼救后，当即明白发生的情形，及时做出反映。本设计的调试都是在线调试，已经在学生公寓上通过真正的互换机实验而且成功。系统设计、元器件挑选及接插件等各项都严格遵循国家的有关标准。绪论系统设计背景及意义随着科学技术的进步，人类社会已进入信息时期，通信作为信息传递最便利的工具已经大体普及到每一个家庭。可是此刻一般家庭中利用的机因操作繁琐并非适合残疾人、有突发性疾病的患者等群体碰到突发事件进行紧急求助或报警，因此需要开发一种价钱低廉且易于操作的家庭智能紧急呼救系统。该家庭智能紧急呼救系统应一经启动，就能够够自动实现摘机、连通网络、拨通正确的号码（如110、11九、120等急救中心或其他固定、电话的号码）、检测到拨通对方后、继续挪用存储的语音信息，送出报警或求助信息，省去手动摘机、手动拨号、说话等环节带来的麻烦。该智能呼救系统可解决残疾人、有突发性疾病的患者等群体因自身问题带来的不便，使其碰到突发事件时能够进行报警或求助，及时取得援助。系统整体设计要求一、要求该系统不阻碍的正常利用，仅在触发后启动;二、系统要求在触发后,自动拨通正确的号码,检测到拨通对方后,系统继续挪用存储的语音信息,送出紧急呼救信息;三、要求友好的人机界面,方便操作。系统要紧设计内容一、依照系统设计要求拿出系统初步方案并画出硬件框图；二、依照硬件框图用Protel99SE画出电路原理图；三、依照系统设计要求及硬件框图确信软件流程图并用KeiluVision2编写相应软件；四、进行功能电路的软硬件调试确信电路原理图；五、用Protel99SE画PCB板图并制作PCB板及焊接电路；六、系统软硬件联调。系统整体设计及可行性分析系统整体设计家庭智能紧急呼救系统由单片机组成主控部份，进行各类信息处置，接收外部操作指令形成各类操纵信号，接口电路提供系统与外线的接口。系统应包括信号音检测、自动摘挂机、双音多频信号发送、语音录放、数据存储器及键盘显示等电路，系统整体框图如图1所示：摘挂机电路摘挂机电路DTMF发送电路语音录放电路系统控制电路单片机电话接口电路键盘显示电路放大电路信号音检测电路数据存储器图1家庭智能紧急呼救系统整体框图数据存储器是本系统的重要组成部份之一，为了减小系统电路复杂度及节省单片机端口，选用集成了内部EEPROM的单片机。数据存储器用来存储预先录入的号码，并能够随时修改，方便用户自己设定、修改号码。键盘电路用于预先录入、存储及修改号码；显示电路用于显示输入的号码、系统的操纵信息、调试进程中的特定信息；系统操纵电路分为系统复位、号码存储修改、紧急呼救触发等电路。其中号码预先录入与随意修改部份为系统功能扩展。本系统并联在机的两头，可不能阻碍到机的正常利用。用户在上电后，通过按钮触发拨通预先录入的号码，发出语音呼救信息以后返回到待机状态，等待用户触发外部中断来完成修改号码或下次呼救。系统整体设计分析依照家庭智能紧急呼救系统的整体设计要求，此系统设计存在以下4个功能模块：一、自动摘挂机；二、双音多频信号发送；3、信号音检测；4、语音录放；依照系统设计中的实际情形，尽可能减小硬件装置的体积及本钱，自动摘挂机、双音多频信号发送、语音录放等单元功能模块选择硬件来完成，信号音检测等单元功能模块选择编程来完成。硬件单元电路自动摘挂机电路互换机是通过线路上的直流电流来判定用户的摘挂机状态。在挂机状态下，电路上的直流电流为0;在摘机状态下，线路上的直流电流为18mA～55mA。另外依照国家有关标准规定：不论任何机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，有“R”键的电子机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。在挂机状态下，其漏电流≤5uA。另外当用户摘机时，机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个线回路流过约30mA的电流。那么自动摘挂机电路有两个方案来实现：1、通过单片机操纵一个继电器的开关，继电器的操纵端连接一个大约300Ω的电阻接入线两头，从而完成模拟摘挂机；2、通过单片机操纵一个恒流源的通断来实现模拟摘挂机。由于继电器体积较大和需要驱动电路，本系统采纳恒流源电路来实现模拟摘挂机电路。语音录放电路依如实际需求情形分析，用户在求助时首要任务是送出自己的所在位置及发生的事件，而每一个用户的位置及碰到的事件是不可能相同的，这就需要能够方便修改语音电路所存储的语音信息。经翻阅相关文献资料，决定采纳单片语音录放集成电路完成语音录放电路所需功能。经常使用的高品质单片语音录放集成电路有ISD和APR等系列，APR系列在功能上与ISD系列八两半斤，但APR系列价钱比较廉价，因此一开始决定选用APR9600。后来由于买不到APR9600，改用较容易买到的ISD1420。以ISD1420为核心，加上传声器、外围电路组成语音录放电路。双音多频信号发送电路此部份是整个系统的关键，它的工作情形直接决定了系统的靠得住性。通过翻阅相关文献资料，发觉利用专用的双音多频编解码芯片进行双音多频信号的产生，是比较经常使用的一种方式。利用集成电路不但外围电路简单，而且靠得住性强。一样经常使用的双音多频编解码集成电路有HT9200、MT8880、MT8888等。MT8888的发送部份采纳信号失真小、频率稳固性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频信号；另外MT8888芯片集成度高、功耗低，可调整双音多频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与TTL电平兼容，并可方便地进行编程操纵。

通过反复比较，MT8888既具有双音多频信号收发功能，还具有呼唤处置滤波功能，价钱虽较其它芯片的贵一点，但能够省去其它芯片所需的复杂的信号音检测电路及检测电路所需费用，综合考虑采纳MT8888来完成此功能模块功能，不但电路简单、靠得住性强，而且费用较少。

信号音检测电路由于双音多频发送电路已采纳了MT8888，其内部具有呼唤处置滤波器，就不需要专门的信号音滤波电路了。软件模块系统软件分为两个要紧模块，由单片机的两个外部中断来完成：一、由单片机外部中断/INT0触发完成号码的存储与修改，包括键盘扫描、数码管显示、号码存储与修改等模块；二、由单片机外部中断/INT1触发完成智能紧急呼救的全数进程，包括MT8888初始化、MT8888模式设置、拨号、呼唤处置等模块。系统分析总结综上所述，基于该家庭智能紧急呼救系统是一种廉价的、靠得住的紧急呼救方式。对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，该家庭智能紧急呼救系统设计大体符合实际情形，能够完成设计任务所要求实现的大体功能。系统操作指令操纵产生DTMF信号与语音信号，通过网传输，完成整个呼救进程。因此，本系统的设计方案理论上可行，而且设计的可扩展性较好。系统硬件设计与调试双音多频信号发送电路双音多频（DTMF：DualToneMultiFrequency）信号是由一组低音频信号和一组高音频信号以必然方式的组合组成，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。实际应用中DTMF信号的产生是2个正弦波信号的叠加，选定2个频率f1和f2后可取得这种信号的数学表达式：f（t）＝（）＋（）双音多频信号编解码电路是目前在按键(固定、移动)、程控互换机及无线通信设备中普遍应用的集成电路。它包括DTMF信号发送器与DTMF信号同意器,前者要紧应用于按键式作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号。键盘按键与双音多频信号的对应关系如表1所示：表1数字与双音多频信号对照表频率1209HZ1336HZ1477HZ1633HZ697HZ123A770HZ456B652HZ789C941HZ*0#D此部份电路选用DTMF信号收发一体集成电路MT8888来完成。MT8888大体功能MT8888是一种具有Intel微处置器接口的功能较强的双音多频信号发送和接收器件。可用于寻呼系统、互换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和运算机等领域。其要紧功能有：(1)完整的DTMF信号发送和接收功能；(2)高速Intel微处置器接口；(3)可工作于自动音频突发模式；(4)可调整爱惜时刻；(5)呼唤音检测到-30dBm。MT8888引脚功能概念(1)IN+、IN-(1，2)—运放的同相和反相输入端；(2)GS(3)—增益选择端。在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调剂运放增益；(3)VREF(4)—基准电压输出端。一样为VDD/2，作为运放的偏置电压；(4)VSS(5)—芯片电源负端，接地；(5)OSC1、OSC2(6、7)—时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接晶体与内部电路组成芯片振荡器；假设由外部电路提供时钟，那么OSC2引脚开路；(6)TONE(8)—DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；(7)/WR(9)—微处置器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；(8)CS(10)—片选信号输入端，低电平有效。该引脚可由微处置器的地址锁存信号(ALE)直接提供；(9)RSO(11)—寄放器选择操纵输入端；(10)/RD(12)—微处置器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；(11)IRQ/CP(13)—中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF信号突发发送或接收时，输出低电平信号。假设操纵寄放器设定电路工作于呼唤处置(CALL)模式和中断使能，那么该端输出代表运放输入的方波信号，但该信号频率必需落在呼唤处置滤波器的带宽内；(12)D0～D3(14-17)—数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF信号编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS=1时呈高阻状态；(13)Est(18)—初始操纵输出；(14)St/GT(19)—操纵输入/时刻监测输出；(15)VDD(20)—芯片电源正端，典型值为+5V。

MT8888工作原理MT8888是集DTMF信号发送和接收功能于一体的器件，内带呼唤处置滤波器。接收部份包括信号放大器、拨号音抑制滤波器、输入信号的高、低频带通滤波器、译码器及锁存器等，发送部份包括行、列计数器、D/A变换器及混频器等，另外增加了一些操纵寄放器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处置器的直接接口，其功能框图见附录1所示。MT8888通过微处置器接口能够由RSO、/WR、/RD、D0～D3等信号选择与设定内部寄放器，并操纵电路的工作状态或工作模式。它共有5个不同作用的寄放器：发送数据寄放器(TDR)、接收数据寄放器(RDR)、状态寄放器(SR)、操纵寄放器A(CRA)和操纵寄放器B(CRB)，其操纵关系如表2所示：表2内部寄放器操纵关系表RSO功能001数据写入发送数据寄存器TDR010数据从接收数据寄存器RDR读出101数据写入控制寄存器CRA或CRB110数据从状态寄存器SR读出MT8888共有6种工作模式，它们别离为：(1)DTMF模式：发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR操纵可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据总线。DTMF信号编译码对应关系如表3所示：表3DTMF编译码对应关系表双音频键0123456789*#ABCD十进制数1012345678911121314150十六制数A123456789BCDEF0(2)呼唤处置(CALL)模式：电路能够检测呼唤进程中的各类信号音，只要信号的频率落在320Hz-510Hz范围内，片内呼唤处置滤波器即可滤出。经限幅取得的方波信号，由IRQ/CP端输出，以用于微处置器对呼唤性质和类别进行判定。假设无信号滤出，那么IRQ/CP端始终维持低电平。(3)突发(BURST)模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时刻各为51±1ms;在CALL模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时刻各为102±2ms，现在电路只可发送DTMF信号，但不能接收。(4)单/双音(S/D)产生模式：电路可产生单音或DTMF信号(由CRB操纵)，用于测试和监测。(5)测试(TEST)模式：使电路从DTMF信号接收部份取得延迟监测信号，并从IRQ/CP端输出。(6)中断模式：此模式下假设选择DTMF模式，当DTMF信号被接收或出此刻监测时刻内，或预备发送更多数据(突发模式下)时，那么IRQ/CP端下接至低电平。各类模式的选择由操纵寄放器(CRA和CRB)的相应位完成，如表4和表5所示：表4操纵寄放器A(CRA)功能表位符号功能b0TOUT信号音输出控制。高电平有效，该位控制所有信号的发送b1CP/DTMF呼叫处理或DTMF模式选择。低电平为DTMF模式；高电平为CALL模式，可检测呼叫信号音，从/CP端输出方波(IRQ=1时)b2IRQ中断允许位。高电平有效，使电路工作于中断模式b3RSEL寄存器选择位。高电平时，下一个写周期选CRB，继而写周期返回选CRA表5操纵寄放器B(CRB)功能表位符号功能b0BURST突发模式选择位。低电平选择突发模式。此时数据写入TDR，产生突发/暂停各为51±1ms的DTMF信号，然后更新SR，使TDR准备接收下一指令。若中断允许，则产生中断；若CALL模式允许，则产生102±2ms扩展突发信号b1TEST测试方式控制。高电平设定电路工作于测试方式b2S/D单/双音产生选择位。低电平设定电路产生DTMF信号；高电平设定电路列或行(由C/R位决定)单音频信号输出b3C/R列或行单音选择。高电平选择列单音输出；低电平选择行单音输出。该位与S/D位一起使用状态寄放器SR列位所表示的关系如表6所示：表6状态寄放器(SR)功能表位名称状态标志置位状态标志清零b0中断请求中断发生，b1或b2置位中断禁止，SR读出后清零b1突发模式下TDR空暂停时间结束，准备发送新数据读SR后清零b2RDR满RDR已有有效数据读SR后清零b3DTMF信号标志位检测不到有效DTMF信号时置位检测到有效DTMF信号后清零MT8888组成的DTMF信号发送电路本单元电路图如图2所示：本单元元器件列表：一、R3是输出负载电阻，要求R3≥10kΩ，本电路中取100kΩ，C12是旁路高频滤波电容，取；二、芯片晶振选择；3、U2是双音多频信号发送芯片，选取MT8888CE；4、电源电压为＋5V，C3为电源旁路高频滤波电容，取。本发送电路中MT8888CE的操纵与数据端口连接单片机的P2端口，MT8888CE的具体编程操纵见系统软件设计与调试。本电路在调试中，用数字示波器观看MT8888CE的TONE端的输出信号，发觉了以下问题：一、MT8888CE设置为DTMF模式，往发送数据寄放器(TDR)写数据后，能够观看到TONE端有音频信号输出，但不是双音多频信号；二、有时MT8888CE只输出单音频信号；3、MT8888CE在输出禁止期间（TOUT＝0时）仍然输出音频信号；4、往发送数据寄放器(TDR)写数据1010（表示0）、0010（表示2），0100（表示4）、0110（表示6）、1000（表示8）后，TONE端无音频信号输出；五、单片机在与MT8888CE连接后，程序运行时无法正常输出结果，可观看到数码管无法正常显示，即单片机的P0口无法输出正确的数据。图2MT8888发送电路初步原理图用数字万用表多次测得单片机P2口的输出完全正常，在多次修改程序调试后，仍然存在上述问题，确以为硬件电路有问题。经认真分析后取得：尽管单片机的P2口输出正常，可是MT8888CE的寄放器里不能写入正确的数据，即MT8888CE不能按要求初始化、设置工作模式及往发送数据寄放器(TDR)写入正确的数据。分析上述电路不能正确产生双音多频信号的缘故，归纳为以下几点：一、MT8888CE的片选信号输入端CS未与单片机的ALE端连接；二、单片机的P2口只能驱动4个LSTTL输入电流，驱动不了MT8888CE的8个端口。依照以上缘故修改电路，MT8888CE的片选信号输入端CS连接单片机的ALE端，寄放器选择操纵输入端RSO连接单片机的端口，MT8888CE的微处置器读输入端RD连接单片机的读输出端,MT8888CE的微处置器写输入端WR连接单片机的写输出端，电路图如图3所示：修改电路以后，继续用数字示波器观看MT8888CE的TONE端，能够观看到两个正弦波，为标准的双音多频信号。并联在宿舍201上，能够拨通任意一部电话或固定。图3MT8888发送电路原理图自动摘挂机电路市内线上的电压是40~60V，在挂机时约有48V的电压，振铃时，铃流信号通过D4~D7整流形成约100V电压。当向外拨打或接听时，线上的电压降至8~12V。互换机通过线路上的直流电流来判定用户的摘挂机状态，当互换机检测到回路电流突然变大就以为机已经摘机，因此能够通过操纵一个电流源的通断来实现摘挂机。单片机通过端口操纵三极管Q1的导通与截止来操纵电路中的电流，模拟摘挂机的动作。当为低电平常，Q1截止，电流为零，处于挂机状态；当为高电平Q1导通，现在Q1和Q2组成的电流源将提供30mA左右的电流，实际测得导通电流约为22mA，相当于摘机，互换机遇接通话路。另外，恒流源能够保证电路具有较小的直流阻抗（<300Ω）和较大交流阻抗（>600Ω）。电路图如图4所示：该恒流源电路中大部份电流的方向为从Q2的基极，通过Q1的集电极到射极，只有极少的电流流过Q2的集电极、电阻R九、发光二极管D2。在调试进程中发觉，若是电阻R?阻值过小那么Q2射极端的电压过小，只有2~3V；如R?阻值增加，那么R?的功率太大，会烧坏R?。于是将R?用稳压管替换，提高接口电路在摘机时的电压，以符合的有关标准。在调试中实际测得摘机时线两线之间的电压为8~9V，电路图如图5所示：图4自动摘挂机电路初步电路原理图图5自动摘挂机电路电路原理图本单元电路元器件列表：一、D4~D7为整流桥，避免线路正负极接反，D4~D7选用1N4004；二、C9为耦合电容，为了避免被振铃时高压击穿，要求C9为耐高压电容，取值为，额定耐压值300V；3、Q1和Q2组成恒流源电路，均为电路中经常使用的三极管，Q1为NPN三极管2N5551，Q2为PNP三极管2N5401；4、D8为稳压二极管，抬升接口在摘机时的电压，选用1N4733A；五、R9和D2为指示电路，在摘机时D2发光，R9取值Ω，D2为红色发光二极管；六、R8为偏置电阻，取值为20kΩ。语音录放电路单片语音录放集成电路ISD1420的特点(1)单片录放音时刻20秒，可扩充级联；(2)高保真语音/音频信号直接存储与还原处置技术，不需要通过A/D、D/A转换进程和紧缩手腕处置，音色自然、纯正；(3)高优先级录音，脉冲信号触发放音或电平信号触发放音；(4)节电模式，录音或放音周期终止，集成电路自动进入掉电状态，掉电后的维持电流约为；(5)免后备电池，零功率存储语音信息，采纳片内不易挥发存储器EEPROM，不耗电完好保留语音信息100年（典型值）；(6)10万次重复录放周期（典型值）；(7)地址线可用于灵活多样的操作模式和处置多段语音信息；(8)芯片内免调整时钟，选用外部时钟，可调整振荡频率；(9)操作简单，无需专门的编程器和开发系统；(10)单电源供电，典型值为5V；(11)外围电路简单，仅需少量的阻容元件和麦克风即可组成一个录放系统。单片语音录放集成电路ISD1420的内部电路结构和引脚功能概念ISD1420是高度集成化的单片语音录放集成电路，片内包括时钟、自动增益操纵、微音放大、逻辑操纵、高密度多电平存储阵列、防混叠和滑腻滤波器、差动功率放大等单元电路，具体内部框图见附录2，引脚功能概念如下：(1)A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7(1，2，3，4，5，6，9，10)—地址输入端或操纵命令输入端；A6、A7同时为高电平常，A0、A1、A3、A4为操纵命令输入端，A2、A5未用；A6、A7有一个为低电平常，所有输入均释为地址位；本系统设计中A0~A5均用作地址位，A0~A7全数接地；(2)VSSD、VSSA(12，13)—数字信号地线和模拟信号地线；(3)SP＋、SP-(14，15)—音频信号输出端，可直接驱动16Ω的扬声器；单端利历时必需在输出端与扬声器之间接耦合电容，典型值为；由于ISD1420输出的功率过小，本系统设计中利用放大电路放大输出的语音信号，ISD1420单端输出；(4)MIC、MICREF(17，18)—传声器输入端和传声器参考输入端，MIC端至片内前置放大器，MICREF端至前置放大器的反向输入端；外接传声器应通过串联电容耦合到前置放大器；当以差分形式连接传声器时，可减小噪声，提高共模抑制比；(5)AGC(19)—自动增益操纵端，AGC动态调剂前置放大器增益以补偿传声器输入电平的宽幅转变，使得录制转变专门大的音量时失真都能维持最小；响应时刻取决于此端5kΩ的输入阻抗和外接的对地电容（即电路图6中C23）的时刻常数；释放时刻取决于此端外接的并联对地电阻和电容（即电路图6中R21和C23）的时刻常数；470kΩ和的标称值在绝大多数场合下可取得中意的成效；(6)ANAIN、ANAOUT(20，21)—模拟输入端和模拟输出端，ANAIN端即集成电路录音的输入信号端；对传声器输入来讲，ANAOUT端应通过外接电容连至ANAIN端；其它音源可通过交流耦合直接连至ANAIN端；ANAOUT端即前置放大器输出端，前置电压增益取决于AGC端的电平；(7)/PLAYL(23)—电平触发放音端，此端显现下降沿时，芯片开始放音，放音持续至该端回到高电平，碰到EOM标志，或内存终止；放音终止后芯片自动进入节电状态；(8)/PLAYE(24)—边沿触发放音端，此端显现下降沿时，芯片开始放音，放音持续到EOM标志或内存终止，以后芯片自动进入节电状态；开始放音后，能够释放/PLAYE端；本系统设计中采纳边沿触发放音；(9)/RECLED(25)—录音指示端，处于录音状态时，此端为低电平，可驱动LED；另外，放音碰到EOM标志时，此端输出低电平脉冲；(10)XCLK(26)—外部时钟端，此端内部有下拉元件，不历时应接地，本系统中ISD1420未用外部时钟，该端直接接地；(11)/REC(27)—录音操纵端，低电平有效，只要/REC端变成低电平（不管芯片处在节电状态仍是正在放音），芯片即开始录音；录音期间，/REC端必需维持为低电平；/REC端变高或内存录满后，录音周期终止，芯片自动写入一个信息终止标志EOM，使以后的重放操作能够及时停止；以后芯片自动进入节电状态；/REC端的上升沿有防颤作用，避免芯片自动进入节电状态；(12)VCCA、VCCD(16，28)—模拟电源端和数字电源端，芯片内部的模拟和数字电路利用不同的电源总线，而且别离引线到外封装上，可使噪声最小；去耦电容要尽可能靠近芯片[1]。单片语音录放集成电路ISD1420组成的语音录放电路语音录放电路图如图6所示：本单元电路元器件列表：一、C4为语音耦合电容，取值；二、C六、C7、C20用于改善电源纹波特性；C六、C7为高频旁路电容，取值；C20为低频旁路电容，取值10uF；3、C16和C17为隔直耦合电容，取值均为；R17、R2二、R23均为偏置电阻，向传声器提供偏置电压，R17取值1kΩ，R2二、R23取值10kΩ；C24用于减小电压波动，向传声器提供稳固的偏置电压，取值220uF；4、R21为AGC电路对地电阻，取值470kΩ；C23为AGC电路对地电容，取值；五、C15为耦合电容，取值；R19取值kΩ；六、R20、R7为上拉电阻，取值均为100kΩ；7、R16为上拉电阻，取值1kΩ；D3为指示灯，是红色发光二极管；八、S22为录音触发按键，在录音期间需一直按着不放；S21为边沿放音触发按键，开始放音后即可松开；九、C2避免接通电源刹时产生意外录音操作，取值；10、U3是单片语音录放集成电路ISD1420；MK1为麦克风。图6语音录放电路原理图语音录放电路设计和PCB板设计中注意的问题：ISD1420在接通电源的刹时，有可能产生一次意外的录音操作，使存储器最前面放置一个信息终止标志位EOM，将致使以前所录的信息不能重放。电源一直接通的情形下没有什么问题。可是当电源刚接通时，由于/REC引脚上的电容和上拉电阻一起作用的缘故，/REC引脚充电到高电平的时刻可能比内部Vcc慢，如此当ISD1420已有了足够的工作电压Vcc，再延迟约100ns以后，ISD1420就去检测/REC引脚，误以为它处于低电平，ISD1420就开始执行一次刹时的录音操作。在/REC引脚到Vcc之间连接一个电容，如此当电源接通时，电容会跟从Vcc将该引脚电压提升，一旦电压提高，上拉电阻将其维持，就能够够排除伪录音操作命令[2]。模拟器件要牢牢靠近ISD1420，元器件的引脚要尽可能短；选用高质量的传声器，而且它的“－”端(与金属外壳相连的一端)要连接到低阻抗的模拟地线回路；用30mil或30mil以上布置电源线；应采纳差分驻极体或自偏置传声器；电源本身必然不能有噪声源；模拟部份的元器件要尽可能靠近所连的引脚[3]。放大电路由于ISD1420和MT8888输出的音频信号幅度较小，初步设计方案中别离利用放大电路进行放大。语音信号利用音频信号通用放大集成电路LM386，电路图如图7所示：图7语音信号放大初步电路原理图双音多频信号利用三极管放大，可是调试进程发此刻与LM386语音放大电路并联以后由于交流负载过小而没有输出。经分析得出：语音信号和双音多频信号不是同时进行放大，且都是音频信号。于是将双音多频信号改用语音信号放大电路进行放大。因为MT8888CE的输出负载电阻R3要大于等于10kΩ，于是RP3改用100kΩ电位器。改良后的音频信号放大电路图如图8所示：本单元电路元器件列表：一、C13为DTMF信号输入耦合电容，取值；二、RP二、RP3均为电位器，起调剂输入音频信号幅度的作用，避免输出音频信号失真，取值均为100kΩ；3、C5为旁路耦合电容，取值uF；R18为LM386负载电阻，取值10Ω；4、C18为音频信号耦合电容，取值220uF；五、C19为LM386电源低频旁路电容，取值220uF，C22为高频旁路电容，取值uF，它们均为了提高LM386电源的纹波特性，减小电源噪声。调试顶用数字示波器可观看到改良后的音频放大电路能够不失真的输出信号，幅度最高约为2V。图8音频信号放大电路原理图信号音检测电路本单元电路图如图9所示：图9信号音检测电路原理图本单元电路元器件列表：一、R二、R4是输入平稳电阻，取值100kΩ，运放的放大倍数Av=R4/R2，C1是隔直耦合电容，取值uF，耐压值为300V；二、R14是上拉电阻，取值kΩ；MT8888CE拨号以后，互换机返回的信号经C1耦合到运放的反相输入端，经运放放大和呼唤处置滤波器滤波后，从CP端输出方波信号到单片机的T0端，由计数器T0计方波的个数，判定返回信号音的类型，具体软件编程见下一章。键盘显示电路键盘用于号码的输入、存储与修改，采纳4×4行列式键盘，连接在单片机的P0口，通过行列扫描来实现按键的识别，具体软件编程见下一章，电路图如图10所示：图10键盘电路原理图显示电路用于显示录入的号码、系统的操纵信息、调试进程中的特定信息。初步方案当选用12位数码管，但由于电路复杂且没有必要，于是改用一名数码管来显示。数码管选用绿色的共阳数码管，接单片机P0口的~，排阻RP1是上拉电阻，软件编程见下一章。本单元电路图如图11所示：图11显示电路原理图单片机及操纵电路本电路是该系统的核心部份。认真分析系统功能要求，单片机的要紧任务是号码的预先录入、存储与修改；处置外部中断请求；号码的读取与发送；信号音的检测与判定及相应的操纵操作等。由于要求单片机要集成了内部EEPROM，于是选用STC89C52RC，其具有8KFLASH存储器和2KEEPROM知足本系统设计中程序和数据的存储要求。片内振荡器及时钟信号的产生单片机内部有一个高增益反相放大器，用于组成振荡器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，别离是单片机的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两头跨接晶振及两个电容就能够够组成稳固的振荡电路，电容器的选择通常取30pF左右时，对振荡频率有微调作用。电路图如图12所示：图12单片机振荡电路原理图操纵电路操纵电路分为单片机复位电路、外部中断/INT0触发电路(即号码录入、修改触发电路)、外部中断/INT1触发电路(即呼救触发电路)。电路图如图13所示：图13操纵电路原理图系统软件设计与调试本系统中的软件设计要紧分为系统初始化、号码存储与修改、显示、操纵摘挂机、拨号、信号音处置等部份，每一个功能模块关于整体设计都是超级重要的。单片机STC89C52RC通过软件程序才能完成各部份的功能。系统程序分为两个中断模块来完成所要求的功能。系统程序流程图如图14所示：初始化初始化等待外部中断？中断处理否系统上电开始是图14系统程序流程图外部中断/INT0处置模块外部中断/INT0处置模块完成号码的存储与修改，分为键盘扫描、按键识别、号码显示、号码存储等。该模块程序流程图如图15所示：否否是是判断键值，对u赋值否显示键值并将u寄存在数组中判断u是否为0x1c即代表＃将数组中的数据存入EEPROM退出中断扫描P1口，判断是否有键按下图15外部中断/INT0程序流程图外部中断/INT1处置模块外部中断/INT1处置模块完成摘机、拨号、呼唤处置、操纵播放语音信息、挂机等。该模块程序流程图如图16所示：否否是系统摘机控制MT8888拨号判断电话是否拨通控制ISD1420放音延时20S，系统挂机系统挂机,延时30秒图16外部中断/INT1程序流程图说明：如重拨3次还未拨通对方的号码，系统退出中断处置程序，等待下次外部中断请求。拨号模块拨号功能模块是本系统设计中的重点，起直接关键的作用。MT8888的相关软件设计是整个系统软件设计中的核心。MT8888内部有1个只读的接收数据寄放器，1个只写的发送数据寄放器，2个操纵寄放器及1个状态寄放器。利用MT8888完成DTMF信号发送等功能时，主若是通过对上述5个寄放器进行相应的读写操作来实现的。读、写MT8888的进程中，RSO，/WR及/RD引脚的电平、时序转变由STC89C52RC来操纵，这3条操纵线的功能如表2所示。MT8888模块的大体操作(函数)包括：一、MT8888的初始化，对应程序中的InitMT8888()函数系统在上电以后进行其它操作之前，必需要完成MT8888的初始化工作。一样在上电l00毫秒后进行以下初始化步骤(共有6步的读写操作)：1）、读状态寄放器

；2）、往操纵寄放器写数据0

；3）、再往操纵寄放器写数据0

；4）、往操纵寄放器写数据8

；5）、往操纵寄放器写数据0

；6）、读状态寄放器

。voidInitMT8888(void)/*初始化MT8888*/{RSO=1;WR=1;RD=0;P2=0xaf;/*读状态寄放器SR*/WR=0;RD=1;P2=0x30;/*往操纵寄放器CRA写数据0,CRA=0000*/WR=0;RD=1;P2=0x30;/*再往操纵寄放器CRA写数据0,CRA=0000*/WR=0;RD=1;P2=0x38;/*往操纵寄放器CRA写数据8,CRA=1000*/WR=0;RD=1;P2=0x30;/*往操纵寄放器CRB写数据0,CRB=0000*/WR=1;RD=0;P2=0xaf;/*读状态寄放器SR */}二、设置MT8888工作于DTMF模式，对应程序中的SetMT8888DTMFMode()函数该进程有3步：1）、往操纵寄放器中写数据0x39。表示选择DTMF模式、许诺Tone输出。且下一次写操纵寄放器时是对寄放器B进行操作

；2）、往操纵寄放器中写数据0x31。表示不选择BURST模式，发送DTMF信号时的持续时刻由程序来操纵；3）、读状态寄放器

。voidSetMT8888DTMFMode(void) /*设置发送工作模式*/{RSO=1;WR=0;RD=1;P2=0x39;/*CRA=1001*/WR=0;RD=1;P2=0x31;/* CRB=0001*/WR=1;RD=0;P2=0xaf;/*READ 读状态寄存器SR */}3、拨一个号码的操作，对应程序中的SetTelephoneNumber()函数为了使得MT8888能稳固、靠得住的工作，在每次利用MT8888进行拨号以前都需初始化一次。拨号时，STC89C52RC除往MT8888的数据总线上送出相应数字之外，还必需通过操纵寄放器A的最低位来操纵发送双音多频信号的持续时刻。这是因为在上面2中设置工作模式时，没有选择BURST模式。

voidSetTelephoneNumber(void)/*发送一个号码 */{unsignedchari=0;for(i=0;i<12;i++){if(TelephoneNumber[i]==0x1c)/*若是为＃，那么退出循环 */break;InitMT8888();SetMT8888DTMFMode();RSO=0;WR=0;RD=1;P2=TelephoneNumber[i];switch(P2){case0x1a:k=0;break;case0x11:k=1;break;case0x12:k=2;break;case0x13:k=3;break;case0x14:k=4;break;case0x15:k=5;break;case0x16:k=6;break;case0x17:k=7;break;case0x18:k=8;break;case0x19:k=9;break;case0x1c:k=15;break;}xianshi();Delay50ms(4);RSO=1;WR=0;RD=1;P2=0x30;WR=0;RD=1;P2=0x30;WR=1;RD=0;P2=0xaf;Delay50ms(20);}}呼唤处置模块呼唤处置模块确实是检测拨号进程中从程控互换机返回的信号音，并判定出信号音的类型，为单片机的下一步决策提供依据。该模块程序流程图如图17所示：函数初始化函数初始化设置MT8888CP模式启用计数器T0计数5秒根据计数值判断信号音回铃音延时1秒，播放语音延时20秒，系统挂机忙音拨号音系统挂机，延时30S重新拨号图17呼唤处置模块程序流程图说明：如计数值判定3次都为拨号音，那么系统挂机，延时30秒后重拨；如重拨3次还未拨通对方的，那么系统退出中断处置程序，等待下次外部中断请求。系统程序调试中显现的问题MT8888有三种工作模式：呼唤进程处置(CP)模式、DTMF模式及突发模式(BURST)。开始设计时选择突发模式(BURST)用于拨号，希望MT8888能自动操纵发送DTMF信号的持续时刻。但是，这种情形下，拨号时只听到一个超级短促的“嘀”声，持续时刻太短，致使无法被识别。

于是改用DTMF方式来拨号。这种情形下，发送DTMF信号的持续时刻要由软件来操纵。即通过置位操纵寄放器CRA的最低位b0来许诺DTMF音输出，通过清零该位而禁止DTMF信号输出。通过做上述修改以后，拨号时DTMF信号能被准确识别，拨通正确的号码。总结系统设计总结本系统在设计进程中，依如实际情形分析，每一个用户拨打的号码和呼救语音信息是不可能相同的，即本系统不能像一样报警器那样报警号码和语音信息都是固定的。于是系统采纳手动通过键盘录入号码、传声器录入语音的方式，利用户能够随时修改号码和语音信息。另外，MT8888具有较高的性价比，系统拨号电路采纳MT8888，能够减小系统硬件体积和提高系统稳固性。系统功能扩展本系统由于