基于ISD4003芯片的语音报警系统设计

　　在现代大型、复杂的工业控制系统中，无论采取什么方法来提高系统的可靠性，在长期的生产使用中，系统出现故障总是在所难免的1闷。因此，故障诊断及报警技术便成为提高控制系统可靠性和可维修性的至关重要的一道防线。传统的声光报警系统对显示、报警仪类仪表多采用数码管、指示灯、光子牌、光柱等来实现显示，对听觉信号大多采用电铃、蜂鸣等来实现。而由于受物理条件的限制，其很难达到令人满意的效果，甚至由于报警信息不明确还会出现故障处理不及时或处理不当的现象，从而造成不必要的损失。语音报警控制系统就是针对传统声光报警系统所存在的问题而进行的研发项目，其目的就是在对机器的主要动作指令进行手动操作时有语音提示，从而提高系统的操作安全性，使控制系统操作更具有人性化。

　　相比于灯光报警，语音报警主要有下列优势：首先，语音传达信息快速、直观、准确，便于维修人员及时分析、处理所出现的问题。其次，语音给人以非常亲切的感觉，利用语音作为报警输出结果的表达方式会大大缩短人机交互界面的距离。基于此，笔者设计了这套基于AT89C52单片机的语音报警控制系统用于故障诊断及报警。该系统结构简单、使用可靠，在大大提高了系统的报警能力及质量的同时，也使得维修人员在语音报警中直接获得有关故障的信息，从而为判断和隔离并及时排除故障提供了很大的帮助。

　　2 ISD4003一4芯片简介

　　ISD403-4芯片工作电压为3V，单片录放时间4min，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储阵列t3]。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口（SPI或Microwire）送人。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、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”。其主要引脚说明如下：（1）VCCA，VCCD：模拟、数字的电源。为了使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装的不同管脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去祸电容应尽量靠近器件。（2）VSSA，VSSD：模拟、数字的地线。（3）ANA IN+，ANA IN一：录音信号的同相输人及反相输人端。（4）AUD OUT:音频信号输出端，可驱动skn的负载。（5）SS：片选端，低电平有效。（6）MOSI:串行数据输人端。（7）MISO:串行数据输出端。（8）SCLK:串行时钟输人端。（9）INT：中断信号输出端。（10）RAC:行地址时钟端。（11）XCLK:外部时钟端，本端内部有下拉元件，在不外接时钟时此端必须接地。（12）AM CAP:自动静噪端。

　　ISD403工作于SIP串行接口。SIP协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作。因此对ISD403而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。

　　3 系统设计原理

　　系统控制原理框图如图1所示。本系统具有录放功能，相关的报警语音信息按照分段的形式提前录制好。报警系统的触发信号为PLC 控制继电器输出的犯3 系统设计原理系统 控 制 原理框图如图1所示。本系统具有录放功能，相关的报警语音信息按照分段的形式提前录制好。报警系统的触发信号为PLC 控制继电器输出的32路开关量，在开关量输出点亮报警指示灯的同时对错误故障和控制状态进行语音报警。为了防止PLC的干扰，本系统使用独立于整机控制系统的电源，并且对PLC输出的32路开关量信号进行了光电隔离。每一路开关量信号都对应惟一的一个语音提示编码，单片机获得编码后将会去触发语音芯片内相应的语音信号，语音信号经功放电路输出到扬声器上进行语音提示报警。开关量的触发方式为上升沿脉冲触发，当几路信号同时到达时采取优先级控制方式，按照优先级别由高到低顺序报警。

　　4 硬件电路设计

　　利用以单片机AT89C52为主控单元的语音报警电路如图2所示，在该电路中，主要有录放音电路、报警信号采集电路、以及逻辑片选信号产生电路等组成。

　　4.1 录放音电路设计

　　在录音电路中，语音信号的输人主要是以三极管9013和驻极体传声器为核心的放大电路组成。录音时，用ANAIN+端录音的音质最佳，失真最小。首先应将录/放（play介ec）开关调为录音（rec）位置，然后按下53键不放即开始录音，此时，连接到PI、口的比D灯被J点亮，对传声器说话，当按键松开时一段录音结束，比D灯熄灭后，一段录音完成。再按下53键即开始第二段录音，如此录音、分段，直到芯片录满溢出时自动停止。如果在录音过程中发现不满意，按下5:键即可从头重录。当全部录音完毕后，按动5:键一下（LED灯随之闪烁一次），将录/放开关调至放音（Play）位置，即可开始模拟放音了。在放音电路中，输出端选用低电压通用集成功率放大器LM386 的典型应用电路作为扬声器的驱动电路，该典型电路中，LM386 的1，8脚间外接10林F的旁路电容可以使电路的放大倍数提高到20倍。每按动一下53键即放音一段，从第一段开始逐段播放，到最后一段时停止，按下5:键复位后系统会在第一段重新播放。

　　4.2 报普信号采集电路设计

　　在报警信号采集电路中，由于本系统是采用读OP口的方式来查询故障状态，所以共需要4片74HC2科以实现报警信号的缓冲。放音时先给出一个地址来选通相应的缓冲器，紧接着读PO口状态即可将故障信号状态读入单片机。逻辑片选信号产生电路选用压tice公司生产的可编程逻辑器件GAL16VS芯片，该芯片使用简单、可靠，而可编程的性质大大增强了使用的灵活性。本系统中，4片缓冲器的地址分别是1以X）H，2《拟）H，4（洲洲）H，8《X洲）H。

　　5 软件实现

　　由于ISD4003是SPI接口，而对于没有SPI接口的AT89C52则可以通过软件模拟SPI接口进行操作。在系统初始化的过程中涉及到一个上电顺序的问题，由于ISD4（X）3在上电延时TPUD（skHz采样时约为25ms）后才能进行正常的操作，因此，发送完上电指令后必须等待TPUD（本系统延时50ms）后，才能发送下一条操作指令。芯片中的每段语音信息都有一个结束标志一EOM标志，当在放音过程中检测到EOM标志时会清零丽了端并保持，因此放音设计采用信息快进的方法，可以不必知道语音信息的确切地址就能快进跳过一条信息。快进速度是正常放音速度的160倍，遇到EOM标志后停止快进，然后内部地址计数器加1，指向下一条语音信息的开始处。软件流程如图3所示。下面为部分程序。

　　6 结论