基于单片机的智能电话录音系统.docx
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基于单片机的智能电话录音系统
本科生毕业设计
基于单片机的智能电话录音系统
TelephoneautomaticrecordingsystemofMCU
学生姓名
所在专业
自动化
所在班级
2006级
(1)班
申请学位
工学学士
指导教师
职称
讲师
副指导教师
职称
答辩时间
设计总说明
随着我国社会经济和通信行业的迅速发展,电话已成为人们日常生活和工作中非常重要的联络手段,以前需要见面或书信才能解决的事情现在只需一个电话就办妥了。
但这种方便快捷同时也带来了一个弊病,那就是有些事情事后说不清,容易造成不必要的麻烦,有些单位只得以电话录音机来暂时解决这个问题,此类设备自动化程度差,存储量小,查询不便,而且需要每条线路都配备一个相应设备,成本高,效率低。
特别是在电力调度、公安监听、防汛报警等较特殊的领域,使其对语音工作的发生过程都需要有个准确可靠的记录过程,随着社会技术的进步,这些领域自身对可靠的语音处理效果的追求,使得对老式录音设备的社会适应性提出了有力的挑战。
电话自动录音系统的发明给人们带来极大的方便。
日常生活中,当主人外出不在家时,电话自动录音系统便可履行主人的义务,录制下对方的留言,以便主人回来后及时得到对方留下的信息。
当主人不在家时,对方在语音的提示下听取留言或留下一段信息。
早期的录音电话采用盒式录音带,目前已普遍采用集成电路存储的产品。
该电话自动录音系统便是其中典型的一种。
随着科学技术的发展,录音电话必将朝着多功能化、更智能化、人性化的方向发展。
本文首先探讨了数字录音系统的概况,并根据现有的技术条件,利用单片机和一些外围器件设计一种适合家庭、办公室等室内场合的智能电话录音系统。
本次设计采用AT89C52单片机作为电话录音系统的的控制核心,利用电话线作传输媒体的面向普通居民的智能电话录音系统。
当有电话打入时即电话振铃检测电话检测到电话线路发来的振铃(铃流)并等待至系统默认的振铃次数后,控制器自动摘机,摘机后在语音电路的提示下将主人留言发送给对方,最后录入对方语音,直到检测到对方挂机为止,完成录音电话的功能。
此次设计采用模块化的设计方案。
根据系统的功能主要分为这几部分:
振铃检测部分;自动摘挂机部分;DTMF信号解码部分;语音控制与语音录放部分。
而本设计的主要内容就是围绕这些部分进行芯片的选择,电路的设计以及软件的设计。
关键词:
DTMF解码电路;语音芯片ISD4004;智能电话录音系统
INTRODUCTION
WiththedevelopmentofChina'seconomyandtelecommunications,telephonehasbecomeaveryimportantmeansofcommunicationinpeople'sdailylifeandwork.Forexample,thingswhicharesolvedbymeetingorcommunicationwithletterinthepastissolvedjustbyaphonenow.However,thisconveniencealsohasadrawback.Itisdifficulttoexplainsomethingsafterthecallandcausessometroubles.Inordertosolvetheproblem,somepeoplehavetouseatelephonetapetorecordtheconversation.Thisequipmentisnotonlypoorintelligentandsmallmemory,butalsoinconvenientininquiring.Everylineneedstoequipwithatelephonetape.Itmakestheequipmentwithhighcostandlowefficiency.Itneedtorecordthecompleteconversationinsomespecialsituationsuchasschedulingelectricpower,police’smonitoringactivityandalarmforflood.Withprogressofsocialtechnologyanddemandforreliablemonitoringvoice,oldrecordingequipmenthastofacepowerfulchallengeofthesocialadaptability.Theinventionoftelephoneautomaticrecordingsystembringsgreatconvenienceforpeople.Indailylife,whenthemasterisaway,thissystemcanfulfilltheobligationsoftheownertorecordthemessagefromothersidethatisknownifthemasterisback.Whenthemasterisnotathome,thepeoplewhomadeaphonecallleaveamessageorinformationwiththespeechcues.
Peoplehavegenerallyadoptedintegratedcircuitstorageproductsinsteadofcassettetape.Thistelephoneautomaticrecordingsystemisoneofthetypicaltypes.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,recordingphonewillbecomemoremulti-purposeandmoreintellectualized.
Firstthispaperdiscussesthedigitalrecordingsystem.Accordingtotheexistingtechnicalconditionsandusingsinglechipandsomeperipherydevices,designanintelligentphonerecordingsystemwhichissuitableforindooroccasionssuchasfamilyoffice.ThedesignusesAT89C52singlechipasthecontrolcoreofthesystem,andusesphonelineasthetransmissionmedia.Whenthereisacall,telephoneteststelephonelineringingandthecontrollerwillbeoffhookuntiltheringingtimereachesdefaultvalue.Withhintofspeechcircuit,itsendshostmassagetothecallerandrecordspeechuntilteststhecalleroffhookthephone.Therecordwillcomplete.
Thedesignusesmodularizationdesignplan.Systemfunctionisclassifiedas:
ringingtest,offhookautomatically,DTMFinformationdecoding,speechcontrolandspeechrecordplayback.Themainofthedesignistochoicechipsaccordingtothefunctionanddesigncircuitandsoftware.
Keywords:
DTMFdecodingcircuit;speechchipISD4004;telephoneautomaticrecordingsystem
基于单片机的智能电话录音系统
绪论
数字录音系统是将现场的语音模拟信号转换为离散的数字信号,然后存储在一定的存储介质上的一种录音方式,他也是数字语音处理技术中常用的一种方式。
采用数字录音技术,有较高的效率和自动化程度,录音时间也长,也可将信息长期保存在存储介质中,同时对语音信息进行编辑整理非常方便,可快速查找。
实现数字录音系统可以采用PC机实现和嵌入式系统实现两种方式。
当使用PC机的时候,由于它的体积庞大,耗电高,造价也高,并在某些情况下系统的稳定性得不到保证所以用PC机来实现前述的各项功能和操作,就有一定的限制。
而嵌入式系统的体积小,供电方便,成本低,稳定性高,所以得到了广泛的应用。
本文中设计的嵌入式数字录音系统,主要是要忙足以下几个指标:
1.足够长的录音时间,8分钟的时间主要满足对长时间数字语音记录的需要;2.大容量非易失数据的存储器作为存储媒介,可以保存语音文件和语音记录;3.非常方便的控制方式,可以随心所欲的进行客户所需要的各种对语音的操作;4.好的语音质量的保证,必须有足够高的采样频率;5.合理的数据压缩方式,既保证语音的质量,有要尽可能的充分利用存储空间,随着公安、铁路等部门对语音记录的需求不断增长,出现了许多声音处理的产品。
而数字录音系统作为其中的一种,经常用于某些监控对话系统中,在适当的时候用语音实时报告系统的工作状态和提示信号等。
本文介绍了一种用单片机实现的嵌入式录音自动应答系统,该系统使用ISD4004作为录音模块,使用单片机来对它进行录放音控制,并且将它应用于电话机上,可以实现自动应答功能。
并且进行了系统的总体电路设计和详细的软硬件设计。
给出了系统调试过程和演习视频。
最后对系统的应用前景进行了分析并提出了改进设想。
从调试过程来看,本论文所涉及的智能电话录音系统稳定性较好。
当然要做到真正的商业化还需要很多的改进工作。
随着集成电路的高速发展和CMOS工艺水平的不断提高,系统级芯片SOC已经开始成为设计的主流。
以IP库为基础的SOC设计中,数字电路和模拟电路的混合已经成为业界的焦点。
设计数模混合集成电路,为SOC设计积累IP库是当今集成电路发展的主流技术。
CMOS工艺上的数模混合集成电路具有高集成度、低成本、低电源电压。
低功耗等优势。
在8位单片机中,8051是历史最长,形成了既具有经典性又不缺乏生命力的一个单片机系列[1]。
作为8位经典节后的8051已经成为为众多厂家承认,并广泛应用于SOC的处理器内核。
在向SOC发展的过程中,许多厂家引入8052内核。
8051单片机采用的是都是Intel公司的MCS-52架构。
目前有很多8051的软核可以选择,如OC8051、DW8051等。
但是8051的内存资源少、运算速度低等限制了8051在一些高端场合的使用,因此出现了8051的加强版8052。
本文选取了美国Atmel公司的的AT89C52软核作为设计的核心,AT89C52是Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含8KB的可反复擦洗的程序存储器和12B的随机存取数据存储器。
自动应答系统作为现代电子高科技手段之一已经越来越受到人们的关注,以单片机为核心的技术是当前流行的电子产品之一,它作为微控制器,已经是人们生活中不可或缺的一部分,基于单片机的自动应答系统可应用于冬夜监控系统、人工智能服务、多媒体查询刺痛、办公自动化系统、楼宇智能化或家用电器中,使它们具有语音输出功能,是社会进步的表现之一。
第1章系统总体设计
1.1系统结构
根据总体设计思路,本系统结构如图1-1所示。
图1-1系统结构图
1.2系统组成
智能电话录音系统接收远端发过来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再有中央处理单元采集处理,为了方便用户使用,系统设计了语音提示,智能电话录音系统一般工作在无人状态下,所以应具有自动摘挂机电路、复位功能;为了符合智能化要求,系统采用AT89C52作为中央处理器。
同时,智能电话录音系统正常工作还需要电源供电电路、驱动电路等辅助电路。
由此可以看出,系统主要由振铃检测电路、自动摘挂机电路、由DTMF双音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元AT89C52等组成。
1.3系统功能
本电路能够实现以下功能:
(1)主人可以手动进行录放音操作。
(2)如果来电,响铃3次,如果主人在,接听则不放音,如果主人不在,则播放留言。
(3)客人可选择是否留言。
1.4系统可行性分析
智能电话录音系统由单片机构成主控部分,进行主要的信息处理,接收外部操作指令形成各种控制信号,并完成对于各种信息的记录;接口电路提供单片机与电话外线的接口。
语音提示电路是该系统的重要组成部分。
语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示,并通过反馈电路反馈至电话外线。
从而使对方在语音提示下进行选择。
本系统并联于电话机的两端,不会影响到电话机的正常使用。
用户通过异地的电话机拨打本系统所连接的外线的电话号码,通过市局交换机向电话机发出振铃信号,振铃检测电路将检测到的振铃信号送至中央处理单元,如果本系统检测到振铃三次即三次响铃后无人接,自动摘机,同时中央处理单元发出控制信号使语音录放电路发出事先录制好的语音提示,用户听到语音提示后便会按键进行操作,用户按键产生的信号会经双音多频DTMF(DualToneMulti-Frequency)解码电路解码[2]后,送入中央控制单元。
中央控制单元将根据DTMF解码的结果进行相应的操作。
第2章主要硬件选择
本章主要介绍了用到的几个主要硬件,AT9C52微处理器[3]、DTMF解码芯片MT8880、语音芯片ISD4004、继电器。
2.1微处理器
2.1.1AT89C52的概述
AT89C52[4]是51系列单片机的一个型号,它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),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,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
2.1.2AT89C52单片机的硬件结构
如图2-1所示,为AT89C52的硬件结构图。
AT89C52单片机的内部结构与MCS-51系列单片机的构成基本相同。
CPU是有运算器和控制其所构成的。
运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。
控制器是单片机的指挥控制部件,主要任务的识别指令,并根据指令的性质控制单片机各功能部件,从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。
它的程序存储器为8k字节可重擦写Flash闪烁存储器,闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。
数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为259字节RAM。
AT89C52单片机的指令系统和引脚功能与MCS-51的完全兼容。
图2-1AT89C52的硬件结构图
2.1.3AT89C52的主要功能特性
·兼容MCS51指令系统·8k可反复擦写(>1000次)FlashROM
·32个双向I/O口·256x8bit内部RAM
·3个16位可编程定时/计数器中断·时钟频率0-24MHz
·2个串行中断·可编程UART串行通道
·2个外部中断源·共8个中断源
·2个读写中断口线·3级加密位
·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能
2.1.4AT89C52的引脚说明
AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有:
XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz晶振。
RST/Vpd(9脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。
VCC(40脚)和VSS(20脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口(32~39脚)被定义为N1功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13脚定义为IR输入端,10脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口,12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
图2-2为AT89C52引脚图。
图2-2AT89C52引脚图
P0口
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。
在访问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,在访问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。
P1口
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
与AT89C51不同之处是,P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX),在表2-1所示。
Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。
表2-1P1.0和P1.1的第二功能表
引脚号
功能特性
P1.0
T2,时钟输出
P1.1
T2EX(定时/计数器2)
P2口
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@RI指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。
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,在表2-2所示。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
表2-2P3口的第二功能表
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
INT0(外中断0)
P3.3
INT1(外中断1)
P3.4
T0(定时/计数器0)
P3.5
T1(定时/计数器1)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储器读选通)
RST
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。
PSEN
程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。
在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H—FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。
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。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2
振荡器反相放大器的输出端。
2.1.5AT89C52的复位电路
复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%,即4.75~5.25V。
由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。
目前为止,单片机复位电路主要有两种类型:
一种是上电复位,一种是手动复位。
其中复位的原理如图2-3所示。
上电复位原理:
VCC上电时,C充电,在10K电阻上出现电压,使得单片机复位;几个毫秒后,C充满,10K电阻上电流降为0,电压
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