??? 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。根據其工作特點設計了基于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。詳細介紹了硬件電路設計、軟件實現和MP3的設計以及部分源程序。
??? 關鍵詞： ISD4002? ATMEGA16L? 串口通信" title="串口通信">串口通信? MP3播放
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??? 語音電路已經被廣泛應用于報告運行狀態、運行提示、提示系統操作過程以及故障報警等功能的實現中。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，做為輸出接口應用時，語音芯片中必須有已經錄好的語音，這就要求有一套快捷、可靠的錄音系統。基于這方面的考慮筆者設計了具有語音錄放功能的智能系統。本系統應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。
??? 本系統主要是針對當前應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系列設計的，本文中以ISD4003系列為例，對于其他系列的產品稍加改動即可，其設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，音質好，適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。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儲陣列。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)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存儲在片內閃爍存儲器中,因此能夠真實自然地再現語音、音樂、音調和效果聲，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，音質則有所下降。片內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 智能錄放系統的設計
??? 系統的整體思路是將錄制好的語音內容打包成可在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設計了MP3軟件用于播放語音文件，在此MP3中用戶可以自行設置錄放的起始地址和時間長度。所以本系統的關鍵是PC機和錄放電路的通信以及錄放電路的設計和各功能的軟件實現。下面將從錄放系統的硬件設計、軟件設計" title="軟件設計">軟件設計兩方面對本系統進行詳細的闡述。
2.1 硬件設計
??? 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，而傳統的MAX232芯片供電大部分為5V，給電路設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，但經筆者多次嘗試，圖2為最佳匹配，不會出現異常，若加0.1?滋F的電容會出現莫名的錯誤）。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定，所以不需任何仿真模式，直接燒寫程序即可，其內部帶有16kB的Flash可反復擦寫，筆者多次應用沒出現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 軟件設計
??? 軟件設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部的程序設計" title="程序設計">程序設計，另一部分是VB語言的MP3設計。下面分別就這兩部分作簡要的介紹并給出部分程序代碼。
??? 單片機內部的軟件編程是在串口中斷服務程序中加入判斷，以此來控制語音芯片的錄放和錄放地址、時間長度等參數的設置。在單片機中筆者使用的是C語言編程，這樣可以提高設計的效率但對系統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的錄放服務程序中，加入了定時器中斷，串口中斷的數據包中包括錄放音時間的參數，一旦開始，錄放音定時器計數（以100ms為溢出時間,這樣系統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的設計主要是關于串口和錄音控件的VB程序設計，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′
??? 筆者所設計的智能錄放系統可應用于各種語音的錄放，但最終應用者的目的還是以錄音為主，如公交車的報站系統中的語音錄制。筆者所設計的這套錄放系統經多次實驗，證明性能穩定、錄放精確，并已經應用于某警衛系統的語音錄制工作中。
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語音芯片的循環錄放電路設計.電子技術應用，2006，(2).
[3] 梁子伊.ISD4000系列語音芯片的單片機控制技術.單片機與嵌入式系統應用，2002，(2).