电话自动录音系统的设计

山东建筑大学信电学院课程设计说明书 目 录 摘摘 要要.I 1 设计目的和要求设计目的和要求.1 1.1 设计目的.1 1.2 设计要求.1 2 设计原理设计原理.2 2.1 电话自动录音系统的概况.2 2.2 录音系统原理.2 2.3 相关芯片原理.2 2.3.1 ISD2590芯片的简介.2 2.3.2 主控制单片机.6 3 设计内容设计内容.8 3.1 电话录音系统概述.8 3.2 系统方案设计.8 3.3 器件选型.8 3.4 系统设计.9 3.5 软件设计.10 3.5.1 主程序.10 3.5.2 键盘扫描子程序.11 3.5.3 ONOFF键子程序.11 3.5.4 RECORD键子程序.11 3.5.5 READY键子程序.12 3.5.6 PLAY键子程序.13 总结与致谢总结与致谢.15 参考文献参考文献.16 附录一附录一 原理图原理图.17 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 摘 要 电话录音系统是一种能同时进行多路电话实时录音及语音播放的设备，属于 CTI 技术的产物,是计算机技术与语音技术的完美结合。由于采用了先进的数码录音 技术，配以功能强大、可靠的软件，并借助大容量计算机硬盘作为存储介质，完全 突破了传统的电话录音概念。通过电话录音系统可实现自动记录主叫号码和被叫号 码，同时对多路语音通道录音或监听，自动备份，以及灵活的录音查询方式。系统 可以按客户需求自动对硬盘进行维护，从而保证系统的不间断、稳定工作。 用单片机进行控制，利用 ISD2590 芯片设计实现的一种数字式自动答录系统。 该系统具有一定程度的智能化，且实现简单，具有较大的可扩充性。本设计做的是 一个电话自动录音系统，设计中介绍了以单片机为微处理器的电话自动录音系统， 给出了硬件框图和程序流图，电话自动录音系统特别适用于家庭和办公室。 关键词关键词：单片机；电话录音；语音芯片；自动答录 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 0 1 设计目的和要求 1.1 设计目的 通过设计一个电话自动录音系统,时期能在用户不在时及时收录来电留言,以方便 工作生活。通过这次设计与专业知识相联系，提高对专业的了解与掌握。 1.2 设计要求 本设计要求实现一个能电话自动录音系统。该系统可以附加在通常的电话通信 网之上，作为电话通信的附属终端设备，和电话机一起为用户提供电话通信功能。 该系统和电话机并联在用户电话线上，当有电话呼入时，如果用户在规定时间内摘 机应答，则录音系统不起任何作用；如果用户在规定时间内未摘机应答，则录音系 统自动摘机，并向主叫用户给出 如“请在信号音后留言”等语音提示，并对主机用 户录音。当有新录音时，要给出明显的指示，如指示灯、液晶显示器显示汉字提示 等。用户可以方便的管理录音，可浏览、播放、删除录音。 1根据已知参数对输入信号特征进行分析、需求分析，选择确定处理器型号、 语音电路芯片型号，完成处理基本电路、语音电路、自动摘挂机电路、键盘电路、 显示电路等硬件设计。 2基本教学要求：每人一台计算机，计算机安装 Protel、程序开发环境等软 件。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 1 2 设计原理 2.1 电话自动录音系统的概况 语音处理技术是计算机中文信息处理领域的一项重要技术，它是把语言信号转 化成数字信号，然后进行压缩存储，或把数字信号解压还原成语音信号。计算机电 话录音系统就是语音处理技术的一项重要应用，它是现代通讯技术和计算机技术相 结合的产物。 通过对各种录音电话的深入研究，本设计提出了一种新型的录音系统，将录音 系统作为计算机的一种附件，增加其功能，从而大大降低录音系统价格，并且可以 大大降低现有录音系统的安装、调试难度。该系统还提出了一种模拟语音信号进行 数字化录音的方法，并将其应用于电话录音系统中。电话自动录音系统具有录音时 间长、音质好、抗干扰性强以及使用方便等优点。 该设计介绍了以单片机为微处理器的电话自动录音系统，给出了硬件框图和程 序流图，电话自动录音系统特别适用于家庭和办公室。 2.2 录音系统原理 本系统选用美国 ISD 公司的 ISD2590 单片语音录放集成电路作为语音提示电路 的核心部分。ISD2590 采用 E2PROM 存储器,信息可永久保存,零功能存储;它还采用 了 DA 盯直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音 的清晰度。ISD2590 可以存储长达 90s 的语音,能够实现 1600 段语音分段,每段录 放音均有一个起始端,该起始端地址选择由 A0A9 确定。ISD2590 的外围电路也非 常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,实现分段寻址功能。IS 3.4 系统上线离线/复位电路。录音电路主要用 ISD2590 芯片，录音电路原理图见附录 1。 2.3 相关芯片原理 2.3.1 ISD2590 芯片的简介 ISD2590 芯片，它是美国 ISD 公司的专门产品，具有音质自然、使用方便、单 片存储、反复录放、低功耗、抗断电等特点。该芯片采用模拟数据直接在半导体存 储器中存储的技术，不需经过 A/D 或 D/A 转换。因此能够非常真实、自然地再现语 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 2 音、音乐、音调和效果声，避免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”。片内信息可保存 100 年（无需后备电源），存储单元可反复录音十万 次。 美国 ISD 公司的 2500 芯片，按录放时间 60 秒、75 秒、90 秒和 120 秒分成 ISD2560、2575、2590 和 25120 四个品种。ISD2500 系列和 1400 系列语音电路一样， 具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内 E2PROM 容量为 480K(1400 系列为 128K)，所以录放时间长；有 10 个地址输入端(1400 系列仅为 8 个)，寻址能力可达 1024 位；最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器 件级联 （1） 芯片的电路特性 手动操作/微控制器控制兼容；多段信息处理，可分 1600 段；输入采样频率 5.3kHz；典型带宽 2.3kHz；外部时钟频率 1024.0kHz。 （2） 部分引脚描述 节电控制（PD）：本端拉高使芯片停止工作，进入不耗电的省电状态。芯片发 生溢出，即 OVF 端变低后，要将本端短暂变高复位芯片，才能使之再次工作。 片选（CE）：本端变低后（而且 PD 为低），允许进行录放操作。芯片在本端 的下降沿锁存地址线和 P/R 端的状态。 录放模式（P/R）：本端在 CE 的下降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录 音。录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到 CE 或 PD 变高，或内存溢出。如 果 CE 是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入 EOM 标志。放音时，由地址端提 供起始地址，放音持续到 EOM 标志。如果 CE 一直为低，或芯片工作在某些操作模 式，放音会忽略 EOM，继续进行。 信息结尾标志输出端（EOM）：信息何时结束在录音时进行设定。只要 CE 端 上升沿到来，录音就停止，此时 ISD 芯片会在内部一个独立的 EEPROM 单元内设 置一个信息结束标志 EOM。当由 CE 端脉冲触发放音时，放音持续到 EOM 位为止。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 3 ISD 芯片存储阵列的每一行都可以独立寻址，每一行中均匀地布置 4 个 EOM 定 位点，因此芯片共有 2400 个定位点（4600=2400）。例如 ISD2590 采样频率为 5.3kHz，每行的寻址时间为 160ms，则 EOM 的分辨率为 40ms。这样，从信息结束 到 EOM 信号输出的最大延时是 40ms。EOM 信号为负脉冲，脉宽为 20ms。上升沿 实际上标志信息的结束，因此语音在 EOM 处于低电平时仍继续从芯片输出，而在 上升沿时停止。 DIP 封装图及各引线端功能 图 2.2 ISD2590 芯片封装 表 2.1 ISD2590 各引脚功能 引线 端 名称 功能 1-7 A0/M0A6/ M6 地址 8-10 A7A9 地址 11 AUX IN 辅助输入 12,13 VSSD、VSS A 数字和模拟地 14,15 SP+、SP- 扬声器输出 16,28 VCCA 、VCCD 模拟、数字信号电源正极 17,18 MIC、MIC REF 麦克风输入和输入参考端 19 AGC 自动增益控制 20,21 ANA IN、OUT 模拟信号输入和输出 22 OVF 溢出 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 4 23 CE 片选(低电平允许芯片工 作) 24 PD 芯片低功耗状态控制 25 EOM 录放音结束信号输出 26 XCLK 外部时钟 27 P / R 录/放控制选择 操作模式 当最高位地址(MSB)A8、A9 都为高电平时，地址端 就作为操作模式选择端 （高电平有效） 表 2.2 ISD2590 的控制模式 模式控 制 功能 典型应用 A0/M0 信息检索 快速检索信息 A1/M1 删除 EOM 标 志 在全部语音录放结束时，给出 EOM 标 志 A2/M2 未用 当工作模式 操作时，此端应接低电平 A3/M3 循环放音 从 0 地址开始连续重复放音 A4/M4 连续寻址 可录放连续的多段信息 A5/M5 CE 电平触发 允许信号中止 A6/M6 按钮控制 简化器件接口 使用操作模式时需要注意两点： 所有操作模式下的操作都是从 0 地址开始，以后的操作根据模式的不同，而从 相应的地址开始工作。当电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位为 0。 操作模式位不加锁定，可以在 MSB（A8、A9）地址位为高电平时，CE 电平变 低的任何时间执行操作模式操作。如果下一片选周期 MSB（A8、A9）地址位中有 一个(或两个)变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的 操作模式状态丢失。 分段录放音 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 5 2500 系列最多可分为 600 段，只要在分段录/放音操作前(不少于 300 纳秒)，给 地址 A0A9 赋值，录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止键操 作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（EOM）；而放音时芯片遇 到 EOM 标志即自动停止放音。2500 系列地址空间是这样分配的：地址 0599 作为 分段用(见下表)，地址 600767 未使用，地址 7681023 为工作模式选择。 2.3.2 主控制单片机 本系统由于需要较多的端口，所以选择MSP430作为主控制器。TI公司设计的 MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号微控制器。这些微控制器通过16位 RISC结构、CPU中的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代 码效率；灵活的时钟源可以使器件达到最低的功率消耗；数字控制的振荡器(DCO) 可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6us的时间内激活到活跃的工作方式。 MSP430的16位定时器经常被应用于工业控制中如:纹波计数器、数字化电机控制电 表和手持式仪表等的理想配置，它的硬件乘法器大大加强了其功能并提供了软硬件 相兼容的范围，提高了数据处理的能力。MSP430Fx1x 系列具有FLASH 存储器， 不同型号单片机的存储器容量和外围模块各不相同，使用者可以根据需要具体选择。 MSP430系列器件均是工业级的，运行环境温度为-40+85。 具有以下特点： 处理能力强 MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构， 具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条 内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运 算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 运算速度快 MSP430 系列单片机能在 25MHz 晶体的驱动下，实现 40ns 的指令周期。16 位 的数据宽度、40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合， 能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。 超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活 而可控的运行时钟方面都有其独到之处。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 6 首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.8-3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在 165A 左右，RAM 保持模式下 的最低功耗只有 0.1A。 其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本 时钟系统、锁频环（FLL 和 FLL+）时钟系统和 DCO 数字振荡器时钟系统。可以只 使用一个晶体振荡器（32.768kHz）DT-26 OR DT-384，也可以使用两个晶体振荡 器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的 控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有 着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式 （LPM0LPM4）。在实时时钟模式下，可达 2.5A ，在 RAM 保持模式下，最低 可达 0.1A 。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 7 3 设计内容 3.1 电话录音系统概述 电话自动录音系统是计算机技术与语音处理技术的完美结合。本系统用单片机 控制专用语言芯片，构成一套语音录-放系统。若将该系统与电话机连用，便可实现 录音电话的功能，即在系统上电后，可以检测电话线路发来的振铃（铃流） 。一旦检 测到铃流，便进行模拟摘机，摘机后将主人留言（存在 DRAM 中）及固化留言（存 在 EPRAM 中） ，发送给对方。最后开始录入对方语音，直到检测到对方挂机后的线 路忙音为止。主人回家后可按放音键将对方留言发送出来，以便主人及时得到对方 的留言信息 3.2 系统方案设计 数字存储式自动应答录音系统的原理如图 1 所示，其核心器件是单片机。利用 单片机检测键盘、摘/挂机、铃流等输入信号，并相应地控制和实现双音多频 （DTMF）信号的发送、语音芯片的录放音等功能。 3.3 器件选型 元器件清单见下表。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 8 编 号名 称型 号数 量 R1电阻1K1 R2、R3电阻10K2 R4电阻5.1K1 R5电阻470K1 C1电容220u1 C2、C3、C4 、C7、C8 电容0.1u5 C5电容4.7u1 C6电容22 u1 LED发光二极管 1 S1开关 3 MIC驻极体话筒电压电流参考录音机1 U1语音芯片ISD25901 3.4 系统设计 在电话自动录音系统中，电源方面，振铃电路和通话电路由电话线上的直流馈 电直接提取，其它电路用外电源（5V）供电。 系统分为硬件和软件两部分。整个电路按功能主要分成两大部分：语音收发电路和 录音部分。语音收发部分的内部组成如图 2 所示。要求可传送的语音信号在 300Hz3400Hz 之间。语音收发电路主要包括三大部分：振铃电路、通话电路和发 码电路。工作过程为：平时通话电路和发码电路同电话线断开；当振铃信号到达时， 振铃电路工作，促使蜂鸣器发声；摘机后，即通过转换开关使通话电路和发码电话 线接通，交换机检测后立即停止发送振铃信号，而转接双方的话音信号，通过通话 电路实现通话。若欲向外输出话音信号，首先摘机动作使发码电路与电话线接通， 交换机检测到即送到拨号音；然后交换机负责把呼叫方拨发的 DTMF 信号送给被叫 方，使被叫方电话振铃。振铃电路主要用 SGS 公司的 LS1240 芯片，通话电路用 TEA1061 实现，发码电路使用可单片机接口的 HT9200A 芯片，可实现 DTMF 数据 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 9 的发送，且容易对其进行软件控制。 录音时主要用 ISD2590 芯片。录音部分的电路如附录一中电路图所示。单片机 除了要控制 ISO2590 的 CE、P/R、PD 和 EOM4 个控制端，还要控制地址端的高 4 位(A9A6)，以使信息的分辨率最小为 9.6s。图中的继电器开关 J1-2 可以控制芯片 的录音方式：当图中所示连接开关，芯片从 MIC 录音；当断开 J1-2，语音信号从 20 脚（ANA IN）录入芯片，MIC 不起作用。 3.5 软件设计 3.5.1 主程序 先扫描键盘（采用非编码键盘），若所按键的键值小于或等于 0CH，表示要发 码，转入发码（SENDCODE）程序。这些键共包括：09、*和#键。若键值大于 0CH，则表示是功能控制键，依次判断是哪个键，然后转入相应子程序。这里功能 键共包括：ON/OFF、PLAY、READY、RECORD。流程图如图 3 所示。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 10 3.5.2 键盘扫描子程序 程序采用非编码键盘，单片机必须对所有按键进行监视。一旦发现有键按下， 单片机应通过程序加以识别，找出它的行列值，并求出它的键值，然后转入相应的 处理程序，实现该键功能。 3.5.3 ONOFF 键子程序 ON/OFF 键是摘挂机控制键，它对应的键值是 10H。 当有振铃信号输入或欲输出话音时，要将通话电路与电话线接通。此时可以按 下 ON/OFF 键，单片机检测到此键便控制继电器 JK1(使 P1.4 取反)完成此要求。 3.5.4 RECORD 键子程序 RECORD 键是录主人留言信息控制键，它对应的键值是 0DH。 主人要把自己不在家的留言信息（例如：“您好，这是 XX 的自动留言机，主人 不在家，请留言，留言时间是 80s”）。预先录入 ISD2590 芯片中，以便需要时可以 随时调用。在这里留有 9s 的时间用来录这段话。具体操作是：选按下 RECORD 键， 程序检测到此键后，便开始示主人留言信息并启动单片机的 T0 中断定时。9s 后自 动停止。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 11 由于对 ISD2590 进行直接寻址时，信息的最小分辨率是 150ms，所以将 A0A5 都接地，将 A6A9 连到单片机输出端。这样可以使信息的最小分辨率变为 9.6s（150ms2 6=9.6s）。利用单片机的 T0 中断定时器从 ISD 的初始地址（即 A6A9 都为 0）开始定时 9s，并段时间留作主人留言区（剩下大约 0.6s 不用）。 把接下来的 80s 用来录对方留言信息。 3.5.5 READY 键子程序 READY 键是准备实现自动留言功能控制键，它对应的键值是 0EH。 当主人出门前，预先按下此键等待。当有振铃信号输入时，振铃检测电路检测 到振铃响了 4 次后，便发给单片机一请求信号。单片机响应后，首先将通话电路与 电话线接通（模拟摘机），然后将主人留言信息发给呼叫方，发送完毕后马上准备 进行录音。本程序留有 80s 的时间录对方留言信息，每次录音都从上次录音结束处 开始到此次对方录音完毕并挂机为止，循环录制（自动覆盖最前面信息），每次录 音完毕自动挂机。主人回家后，可以按下复位键，再进行其他的操作（比如播放留 言信息）。流程图如图 4 所示。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 12 3.5.6 PLAY 键子程序 PLAY 键是播放留言控制键，它对应的键值是 0FH。 当主人要听自己留言信息或对方留言信息时可以按下此键，这时便开始播放第 一段信息（主人留言）；若不想听此段信息，可以不等其播放完，再按一下 PLAY 键，便从第二段开始播放（对方留言）；若再按此键，便重新播放第一段信息；只 要按的不是 PLAY 键，就跳出此子程序，ISD2590 停止播放。流程图如图 5 所示。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 13 本文设计实现了一种数字芯片存储式自动答录系统。该系统具有实用性强、稳 定性高等诸多优点，适合家庭和商业两用，且在功能上可以扩展。 山东建筑大学信电学院课程设计说明书 14 总结与致谢 本次设计设计的系统具有自动录音等特点，能够在有电话呼入时，如果用户在 规定时间内摘机应答，则录音系统不起任何作用；如果用户在规定时间内未摘机应 答，则录音系统自动摘机，并向主叫用户给出 如“请在信号音后留言”等语音提示， 并对主机用户录音。当有新录音时，给出明显的指示。但同时存在一些不足，其录 音时间较短。 通过本次课程设计，使我对录音系统中的语音芯片和单片机等都有了一定的掌 握和理解，巩固了我在程控交换原理课程中所学的基本理论知识和实验技能， 使我对专业课程中的知识有了更深入的了解，锻炼了思维创造能力，与动手能力。 进一步激发了我对所学专业学习的兴趣；提高了我的专业理解能力。通过设计也加 深了我对通信领域内的一些前沿知识的了解与认识，体会到了专业的深远，加强了 我对本专业的求知欲。 在设计的过程和设计说明书的撰写过程中，孙雪梅老师给予了我热心的帮助和 大力的支持，给我提了诸多的宝贵意见，拓宽了我的思路。在此我向老师致以崇高 的敬意和衷心的感谢！ 在我的学习过