信息电器分析与设计课程设计-自动电话答录机设计.doc

信息电器分析与设计-自动电话答录机设计 目 录第一章 绪言21.1 课题背景21.2 课题研究的目的和意义21.3 国内外发展状况21.4需求分析31.5方案设计与比较论证3第二章 设计与实现32.1设计原理32.1.1普通话机的工作过程32.1.2电路构成32.1.3单片机电路32.2系统的软硬件结构设计32.2.1语音录放芯片32.2.2 DTMF信号译玛电路32.2.3铃流信号检测电路和摘挂机电路32.2.4 信号音及铃流的检测与识别方法32.2.5家用电器控制电路32.2.6 软件设计32.2.7 程序设计流程图3总 结3参考文献3第一章 绪 言 1.1 课题背景电话自动应答系统是指在没有工作人员值班的情况下，由系统自动处理来自用户的呼叫，通过语音给出用户各种操作提示，并根据用户的操作来执行相应的命令，完成用户所要实现的功能或提供用户所需要的信息。例如当前流行的一些语音电话系统，手机的客户服务中心以及各种自动查分系统等都是自动语音应答系统的具体应用。随着科技的飞速发展, 高新技术产品成为引导生产和消费的一面旗帜。由于人们消费水平和消费层次的提高, 研制性能优良、动能完善的产品成为时代的要求,录音电话的设计正是应这种要求而产生的。这种新型的电话以其结构合理, 轻便实用, 功能完善而受到越来越多人的青睐。它可以完成送主人留言和录客人留言的功能, 能使主人查听客人来话, 为主人和客人间接通信提供中介。1.2 课题研究的目的和意义目前大多数的普通家庭已经使用了各种各样的家用电器。同时电话机在国内也已经达到了很高普及率。据此，我们设想如果可以利用电话机来对家用电器进行异地控制，必将给人们的日常生活带来极大的方便。在此基础上，作者设想开发了一种多功能语音电话答录器，它可以外接或集成到电话机上，使普通电话机具有来电应答、自动留言等留言电话的功能，并且通过语音提示进行相应操作，使用者就可以远程控制家用电器。1.3 国内外发展状况长期以来，全国计量所的业务查询工作是靠收发员接听电话后，由收发员通过所内的查询系统进行查询，答复客户。仪器收发部门的工作除了收发仪器外，大量工作就是接待客户的完工电话查询，为此需要固定的工作人员专门接听电话。由于人工接听和操作，不免出现效率低、查询出差、服务态度不理想的现象，这也是广大客户对技术机构服务的一个投诉热点。随着计算机与电话的融合，国内外的许多大公司都在投入人力和资金进行研究，开发大而全的系统，如Hotvoice公司的XIVR系统作为电信网与数据网互通的解决方案，适应了互联网发展的新趋势，利用现有的发达、便利的电话网络，使得普通用户可以利用常用的电话座机或移动电话，通过友好的语音界面，在任何时候、任何地方都能快捷方便地获得数据网上的信息和服务。也有一些小的、不稳定的试用产品(如留言精灵)，在网上提供。本设计力求在上述二者问寻找更好的性价比，主要逻辑功能完全是由软件来实现。当使用计算机自动应答系统，由客户通过电话，根据语音提示，自己在普通电话机的按键上，直接操作我所的业务查询系统，完成查询。由于电话查询是直接进入电脑系统，方便、准确、快速，不需要人工介入，不存在电话打入不接的现象，减轻了仪器收发部门的工作量，提高了工作效率，改善了服务手段，这是为客户提供优质服务的一种实实在在的具体表现。1.4需求分析从电话的发明至今已有上千品种, 经历过数代产品的更新, 录音电话已由最初的磁带式录音开始向固态录音的方向发展。这种新型的电话以其结构合理, 轻便实用, 功能完善而受到越来越多人的青睐。它可以完成送主人留言和录客人留言的功能, 能使主人查听客人来话, 为主人和客人间接通信提供中介。随着信息需求的急剧增加，这种应答系统已经不仅仅局限在电信，目前电话机在国内也已经达到了很高普及率，银行等大型企业中，许多中小公司和企业对应答系统的需求也越来越强烈。据此，作者设想如果可以利用电话机的自动答录，必将给人们的日常生活带来极大的方便。1.5方案设计与比较论证这种语音电话答录器具有如下特点及功能：全数字录音。音质与传统的磁带录音相比有很大的提高；录音时间长，我们采用ISD40048语音芯片，采样频率为8.0KHz，录音时间为8分钟。以一个录音电话平均长度30秒来计，可以对大约16个电话进行录音，完全可以满足一般家庭的使用；操作简便普通家庭用户可以使用外置的按键来进行放留言、清除信息、前进、后退等功能，并且寻址速度快；利用外置的麦克风，使用者可更改主人留言；支持远程提取留言信息，清除留言以及控制家用电器等操作。使用时，用户只要在任意一部双音频电话讥上拨通家中电话通过拨号盘进行功能选择，密码输入正确后就获得了上述的控制权。与传统的“磁带式答录机”相比它具有以下优点：1)耐磨损。由于彻底取消了机械元件，代之以电子元件，因而更耐磨，延长了机器使用寿命，减少了用户的日常维护开销。2)操作简便。由于使用数字存储技术，可方便地进行信息的查询和删除等工作，使产品更易操作。3)功能齐全。使用DSP技术，可侦听电话线上各种音频信号，能识别双音多频信号(DTMF)以及占线忙音，拨号音和回铃音等信号，从而实现了异地遥控极大地方便了用户，同时可以自动地给每条电话录音贴上日期标签，方便用户查寻。4)体积小、重量轻、耗电省。最大限度地减少了外围元件，因而体积小，重量轻用电量也少于磁带机。不足之处是录音时间受到存储器芯片容量的限制。第二章 设计与实现2.1设计原理2.1.1普通话机的工作过程普通拨号式电话的电路由四部分构成, 其框图如图1.1普通话机的工作过程: 当甲乙双方须通话时,主叫甲方应先通过自己的话机向电话局拨发乙方的号码, 这时发号电路将会按照所拨号码向话局发出代表乙方地址的具有一定断续比的脉冲信号, 电话交换机接收此信号并经辨明身份后, 随即向乙方发送振铃信号, 铃流信号经叉簧后由铃流识别电路识别后使压电蜂鸣器或电子铃发声, 以提醒被叫用户摘机,被叫摘机后, 原先由听筒压住的叉簧弹起, 将振铃电路切断, 并将外线接到通话电路。到此完成双方的接续。此时双方可通过话筒和听筒来实现通话。 图1.1 普通拨号式电话的电路框图2.1.2电路构成整个录音电路的构成框图如图1.2 所示, 共由六大部分构成图1.2录音电路的组成框图(1) 外线接口部分这部分是录音电路与话机及传输线的接口, 主要由一块光电耦合开关与一块音频译码器构成。它主要功能有极性转换, 信号传输, 及铃流识别功能。(2) 时序控制部分包括手动(按键) 和CPU 两部分, 但按键控制也是经由CPU 识别后才作出相应操作的, 所以控制信号归根结底是由CPU 来发出。这部分的功能主要有录音、放音、录音段选择、暂停、复位等。(3) 输入放大由两级集成运放组成, 用于对输入信号(即需存入存储器的语音信号) 放大, 达到所要求的输入值。(4) 输出放大由两级运放组成, 放大后的语音信号或经功放块LM 386 驱动扬声器发声, 或送至外线。(5) 语音处理部分能实现语音信号的模/数或数/模转换, 并能在CPU 控制下实现将数字语音信号写入动态存储器或从其中读出。包括与两片动态存储器。(6) 电源答录机采用+ 9V 直流电源供电, 并用两片三端低电流电压调整器作稳压器。2.1.3单片机电路单片机选用美国ATMEL公司的AT89C51。这种单片机内带4K字节闪烁存储器阵列。器件采用80c31内核和指令系统、引脚与MCS-51，100兼容。这种单片机不具备SPI接口，因此我们用单片机的普通I/O口，按照SPI传输协议的要求，以及SPI控制位的定义来进行软件模拟。具体方法为：用一个I/O口来输出串行时钟，另一个I/O口提供片选信号，还有两个用来进行数据的输入与输出。lSD4004芯片的串行数据传输从/SS脚下降沿开始，在数据的传输过程中，/SS端一直保持低电平，指令期间为高电平。时钟上升沿数据输入ISD，时钟下降沿数据从ISD输出。 图1.3 单片机AT89C512.2系统的软硬件结构设计这种语音电话答录器的主要用户是针对普通家庭，因此在硬件设计时充分考虑了性能价格比，尽量以最少的元件来实现尽可能多的功能。整个多功能答录器的主要结构是“单片机为核心，外围电路包括语音录放芯片、DTMF信号译码芯片、铃流信号检测电路、忙音检测电路、摘挂机控制电路以及家用电器控制电路等。如图2.1。图2.1 多功能语音电话答录机原理图2.2.1语音录放芯片语音录放芯片采用美国ISD公司的ISD4004。它是ISD公司的新一代产品，由片内晶振、抗温叠滤波器、自动静音功能、自动增益控制、音频放大器和高密度的多层闪烁存储阵列等部分组成。芯片采用了ISD公司的“直接模拟量存储”(DAST)专利技术，信号无需经过DA、AD转换，数字压缩和语音合成等复杂的数字信号处理过程，而是直接把语音信号已接近原始语音的形式存储在片内存储器中，较好的保持了语音信号的有效成分，因此可能得到很高的音质。 ISD4004芯片内含有大容量的闪烁存储器(2840K)，一片电路就能实现最长达16分钟的录放音并且具有不挥发、可重复改写、耗电小等特点。芯片可重复录音10万次，存储的语音信息可保持100年。lSD4004芯片的内部结构框图如图2.2所示。 图2.2 ISD4004内部结构框架圈SPI端口控制位SPI端口的各个控制位如图2.3所示 图2.3 SPI端口和相应控制位图2.3中各引脚功能简单说明如下：VCCA和VCCD分别为模拟信号和数字信号的3V电源正端，VSSA、VSSD分别为两种信号的接地端；ANA IN+、ANA IN分别为模拟信号非反向和反向输入端；XCLK为分部时钟输入端；AUD OUT为声音输出端；AMCAP为自动静音端；SCLK、SS、MOSI、MISO、INI和RAC为外部设备控制端，其中，MOSI为串行输入端，MISO为串行输出端，IsD4004从MOSI端输入命令数据从MIS0端输出中断数据。RAC为行地址时钟输出，当操作到达行末时。输出一低电平脉冲。ISD4004 SPI接口操作指令表ISD4004芯片提供了串行外部设备接口(SPI)，使用时按照SPI传输协议，由单片机来对芯片进行控制。下表列出了SPI接口操作指令。 表1 ISD4004 SPI接口操作指令表指令操作码地址码 操作说明POWER UP00100(XXXXXXXXXXX)上电，设备处于工作状态SET PLAY11100(A10A0)设置放音的起始地址PLAY11110(XXXXXXXXXXX)从当前地址开始放音，直到遇到OVF或EOMSETREC10100(A10A0)设置录音的开始地址REC11110(XXXXXXXXXXX)从当前地址开始录音SETMC11100(A10A0)设置信息检索地址MC11111(XXXXXXXXXXX)从当前地址开始检索，直到遇到OVF或EOMSTOP0X000(XXXXXXXXXXX)停止当前操作STOPPOWDN0X01X(XXXXXXXXXXX)停止当前操作并进入待机状态RINT0X110(XXXXXXXXXXX)读中断状态位OVF和EOM2.2.2 DTMF信号译玛电路用户与多功能语音电话答录器之间的信息交互，只能通过电话拨号盘。译码电路把DTMF信号解码成四位二进制码后输出到单片机，单片机据此来识别用户所按的键，然后作出相应的操作。在本文的设计中，译码电路采用摩托罗拉公司生产DTMF译码芯片MCl45436。MCl45436是Motorola公司生产的DTMF解码器，负责将DTMF信号转变为二进制数字信号，其引脚如图2.4所示。7脚(AIN)为信号输入端，2、1、14、13脚D1、D2、D3、D4为解码输出端；12脚(DV)为输出数据有效端，当输入的DTMF信号经IC解码成功后该脚转变为高电平；3脚(EN)为解码输出控制端；6脚(XEN)为CLK信号控制端。 图2.4 MCl45436引脚图2.2.3铃流信号检测电路和摘挂机电路电话振铃信号通过电容C1隔直、D1稳压二极管、R1限流电阻输入至光电耦合器TIP521的输入端1口，C1、D1和R1共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。光电耦合器TIP521起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。 振铃信号通过光耦TIP521的4脚输出振铃正弦波，R2和C2共同组成滤波电路，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。经过三个反向器的整形输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的200电阻。摘挂机信令由单片机通过使TXD/P3.1口变为高电平实现。经过两个反向器驱动发光二极管D1指示摘机，同时改变三极管T1的基极电压，使T1处于导通状态，从而开启继电器J1，J1使电阻R3接入电话线两端。因为R3的电阻为200，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。图2.5 交换机铃流检测和模拟摘挂机电路2.2.4 信号音及铃流的检测与识别方法检测电路的信号音和铃流状态信号分别取自话机通话电路和铃流整流输出端。为了不影响电话线路，检测输入端与话机之间采用光电隔离。信号音和铃流检测电路方框图如图2.6所示。图中有二个输入端和二个输出端信号音等话路信号由第一输入端输入，振铃状态信号由第二输入端输入。话路信号由电控衰减器、滤波放大电路、包结检波器、直流放大器和峰值检波器组成的AGC环路进行处理从滤波放大电路输出端可得到峰值电平受控的话路信号；从直流放大器输出端得到的是包络信号；从峰值检披器得到的是反映输入信号峰值电平的电压其特点是快速眼随输入信号增幅(时间常数约100ms) ，输入信号消失时则缓慢放电(时间常数约ls ) ，该点电压除作为电控衰减器的控制电压外，其1/2分压还作为判决器的门限电压实现最佳门限比较。包络信号和振铃状信号统一由判决器进行处理，转换成TTL 电平输出，电平的高低反映了信号音或铃流的续断。 图2.6 信号音和铃流检测电路方框图2.2.5家用电器控制电路控制电路是有单片机通过MCl413来驱动继电器，从而控制家用电器电源的开关来实现的。这种设计可最多对7路电器开关进行控制。 图2.7 电器控制电路2.2.6 软件设计该系统软件主要包括铃流识别、延时控制、语音输出、忙音识别、系统控制和系统复位等部分。使用前，用户需首先在ISD4004中存储留言信息。留言信息应分为五段：例如段1为：“您好!主人不在家，如需留言，请按星号键；”段2为：“请输入密码；”3段有为：“提取留言请按1，清除留言请按2，关闭所有电路开关请按3，其他服务请按#号键；”段4为：“请输入您想控制的电器编号，1为2为；”段5为：“请输入打开的时间。”对于普通用户，只送出段1的留言。当用户按下的是#键时，才放出段2的留言。这样对一般用户隐藏了控制功能，提高了系统的安全性。用户在打开某一路开关后，可输入打开的时间，然后由单片机自动控制电路的断开。也可以通过电话来关闭电路。每次修改主人留言后，都应使系统重新复位，单片机对语音信息进行快速检索，以获得当前信息的结束地址。2.2.7 程序设计流程图 图2.8 程序设计流程图 总 结通过信息电器的学习，