《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于ISD4004隱蔽化集群電臺(tái)的通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要: 在單片機(jī)的統(tǒng)一控制下,將ISD系列語(yǔ)音錄放芯片與集群手車(chē)臺(tái)配合使用,從而以較低的成本實(shí)現(xiàn)了集群電臺(tái)聯(lián)絡(luò)時(shí)的隱蔽化使用。
Abstract:
Key words :

  0 引言

  集群電臺(tái)包括集群手臺(tái)(對(duì)講機(jī))和集群車(chē)臺(tái),它們?cè)邳h政機(jī)關(guān)、軍隊(duì)、警察以及工程建設(shè)中應(yīng)用十分廣泛,但是在實(shí)際使用中也存有一定局限。例如在一些特殊場(chǎng)合,如警察對(duì)犯罪分子開(kāi)展秘密調(diào)查跟蹤取證,或是工程人員在嘈雜的建筑工地指揮塔吊工作的時(shí)候,各類集群電臺(tái)使用人員都可能遭遇到這類尷尬——即需要借助集群電臺(tái)向相關(guān)人員匯報(bào)情況的時(shí)候,卻不便發(fā)出聲音或者因周邊環(huán)境嘈雜造成無(wú)法正常通信。

  通過(guò)調(diào)查走訪,這類工作的共性通常是語(yǔ)義簡(jiǎn)單卻需要反復(fù)說(shuō)講。例如警察在秘密調(diào)查取證中,經(jīng)常會(huì)重復(fù)“嫌疑人出現(xiàn),正常跟蹤,嫌疑人停止了腳步,嫌疑人開(kāi)始逃跑”等話語(yǔ);工程人員則會(huì)始終重復(fù)“開(kāi)始起吊、向左、向右、向前、向后、結(jié)束起吊”等簡(jiǎn)單信息。鑒于各單位的集群手臺(tái)、車(chē)臺(tái)已經(jīng)大量投入使用,如果能夠在上述各類集群電臺(tái)上外接一套通用的控制通信模塊,將能夠在最低的成本增加中實(shí)現(xiàn)特殊情況的集群通信應(yīng)用,從而進(jìn)一步提高各單位集群通信系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)通信和指揮調(diào)度的效能。

  本系統(tǒng)以單片機(jī)作為主要控制芯片,ISD4004作為語(yǔ)音錄放芯片,配合相關(guān)外圍電路和控制開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)特殊場(chǎng)合下的隱蔽化通信。用戶只需事先錄制好所需語(yǔ)音,在工作時(shí)按下相應(yīng)按鈕,即可將該路話音由集群電臺(tái)發(fā)出。各種集群手臺(tái)車(chē)臺(tái),只要能夠提供語(yǔ)音輸入、語(yǔ)音輸出、PPT和接地四條接線,都能夠與該模塊配套使用。

  1 工作原理

  系統(tǒng)主要分為兩大部分。一是在使用前的語(yǔ)音輸入部分。即用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際使用需求,按需進(jìn)行錄音。通過(guò)系統(tǒng)的外圍按鍵,在按動(dòng)錄音按鈕之后,單片機(jī)通過(guò)SPI串行輸入,告訴ISD4004芯片進(jìn)入錄音模式和錄音的起始地址。麥克風(fēng)輸入的聲音經(jīng)過(guò)過(guò)濾和放大輸入到ISD4004,實(shí)現(xiàn)了錄音。另外一個(gè)部分是在使用的過(guò)程中,當(dāng)工作人員需要說(shuō)話的時(shí)候,可以按動(dòng)相應(yīng)的按鈕播放語(yǔ)音。當(dāng)用戶動(dòng)作之后,單片機(jī)通過(guò)SPI串行輸入,告訴ISD4004芯片進(jìn)入放音模式和放音的起始地址。同時(shí)單片機(jī)觸發(fā)集群電臺(tái)的PPT控制引腳,實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音由ISD4004芯片向集群電臺(tái)的輸入與轉(zhuǎn)發(fā)。圖1工作模式示意圖

工作模式示意圖

  2 電路設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖2、3、4所示。

系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

  當(dāng)工作在語(yǔ)音輸入模式時(shí),按下錄音按鈕1,聲音由麥克風(fēng)輸入,輸入至三極管得到有效放大。再經(jīng)過(guò)濾波輸入至ISD4004的ANA IN+引腳中。ISD4004的語(yǔ)音信號(hào)由耦合電容輸入,最大幅度為峰值32mV,耦合電容和本端的電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。此時(shí),SS引腳與單片機(jī)P00引腳相連接,作為片選信號(hào)使用。MOSI(串行輸入)引腳與單片機(jī)P01引腳相連接,單片機(jī)通過(guò)軟件寫(xiě)入0xB0,即命令I(lǐng)SD4004工作在“從指定地址錄音”狀態(tài),進(jìn)行錄音。錄音完畢后,再次按下按鈕1,將停止錄音。

  而當(dāng)工作在按鍵轉(zhuǎn)發(fā)模式的情況下,按下按鈕2,聲音將經(jīng)由ISD4004的AUD OUT口輸出,連接至集群電臺(tái)的MIC輸入信號(hào)線。其中可并聯(lián)兩個(gè)不同大小的電容(測(cè)試中選用2.2μf和22μf),用來(lái)分別過(guò)濾線路中的高頻和低頻噪聲。MOSI(串行輸入)引腳與單片機(jī)P01引腳相連接,單片機(jī)通過(guò)軟件寫(xiě)入0xE0,即命令I(lǐng)SD4004工作在“從指定地址放音”狀態(tài),系統(tǒng)將根據(jù)按鍵,送入不同的放音起始地址。ISD4004將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放音,直至遇到EOM。放音狀態(tài)下單片機(jī)的P10口直接驅(qū)動(dòng)集群電臺(tái)的PPT輸入信號(hào),通過(guò)軟件將P10置為低電平,實(shí)現(xiàn)集群電臺(tái)的PPT功能和聲音轉(zhuǎn)發(fā)。值得注意的是,不同的集群手臺(tái)MIC輸入阻抗不同,必要時(shí)需要調(diào)整ISD4004的輸出阻抗。

  3 軟件設(shè)計(jì)

  程序設(shè)計(jì)如圖5所示,ISD4004芯片在上電以后,將對(duì)芯片進(jìn)行初始化。此時(shí),STC89C52單片機(jī)將對(duì)外圍連接的3×3控制矩陣進(jìn)行按鍵檢測(cè),得到相應(yīng)的兩進(jìn)制的數(shù)值。根據(jù)數(shù)值,單片機(jī)控制程序?qū)⒆詣?dòng)判定是采取錄音還是放音功能,并生成相應(yīng)的語(yǔ)音起始地址。根據(jù)判定,單片機(jī)逐位地將SPI關(guān)鍵字寫(xiě)入MOSI引腳,即完成了單片機(jī)對(duì)于ISD4004的功能和起始地址的告知。在完成錄音工作以后,ISD4004生成EOM中斷。以后一旦放音遭遇到EOM時(shí)ISD4004將產(chǎn)生中斷并輸入至單片機(jī)外部中斷INT0,回到起始點(diǎn)。

程序設(shè)計(jì)

  鑒于保證程序較好的可讀性和可維護(hù)性,編程采用了C語(yǔ)言。幾個(gè)主要子程序如下:

   ISD4004 SPI寫(xiě)入子程序

ISD4004 SPI寫(xiě)入子程序

ISD4004 SPI寫(xiě)入子程序

ISD4004 SPI寫(xiě)入子程序

  4 調(diào)試環(huán)境

  本系統(tǒng)調(diào)試的硬件環(huán)境為隱蔽化通信模塊與MOTOROLfA的MTH850手臺(tái)相配合。軟件環(huán)境是采用了KEIL,C的編程環(huán)境和STC-ISP的單片機(jī)燒錄程序。具體內(nèi)容如下:

  在硬件調(diào)試環(huán)境中,除了常規(guī)設(shè)置之外,還需要注意以下幾個(gè)要點(diǎn):

  (1)集群手臺(tái)中語(yǔ)音輸入、語(yǔ)音輸出、PPT和接地四條接線的選取。集群車(chē)臺(tái)一般具備專用的數(shù)據(jù)接口,只要按照說(shuō)明書(shū)就能夠取出相應(yīng)的信號(hào)引線,然而一般的集群手臺(tái)不會(huì)具備明顯的數(shù)據(jù)輸入輸出口,且各品牌的手臺(tái)通常也采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但是無(wú)論是模擬集群手臺(tái)或是數(shù)字集群手臺(tái),通常都具備了有線耳機(jī)麥克風(fēng)接口。通過(guò)將該接線截?cái)嘌芯浚梢缘弥渲兴母鶎?dǎo)線的定義進(jìn)而依次確定手臺(tái)的語(yǔ)音輸入、語(yǔ)音輸出、PPT和接地四條接線的具體位置。

 

  (2)集群手臺(tái)的MIC接收靈敏度需要調(diào)整。所謂手臺(tái)的MIC接收靈敏度是指手臺(tái)的內(nèi)置/外界麥克風(fēng)在多少靈敏度下可打開(kāi)工作。在靈敏度太低的情況下,將不能有效地觸發(fā)起集群手臺(tái)的PPT功能。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,在通過(guò)手臺(tái)耳機(jī)接口的情況下,如果需要觸發(fā)起手臺(tái)PPT功能,必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件。一是外接PPT線需要置0(這個(gè)功能是通過(guò)C語(yǔ)言編程中的play()函數(shù)得以實(shí)現(xiàn))。二是外界MIC線需有聲音輸入,即ISD40 04有聲音輸出。兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足才能有效觸發(fā)手臺(tái)PPT功能。因此,在手臺(tái)燒碼軟件里,可以適當(dāng)提高M(jìn)IC的接收靈敏度,避免因?yàn)殪`敏度不夠造成PPT無(wú)法觸發(fā)的情況。

  (3)輸出音質(zhì)的調(diào)整。語(yǔ)音輸出部分,通常單一電容進(jìn)行雜音濾波。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),單一小電容的雜音濾波效果一般。因此通過(guò)將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)的方法,分別過(guò)濾聲音輸出過(guò)程中的高音部分雜波和低音部分雜波。本項(xiàng)目中,電容的選擇分別是2.2μf/50V和22μf/35V。實(shí)驗(yàn)證明,通過(guò)兩電容并聯(lián)以后,有效地改善了本產(chǎn)品的話音輸出質(zhì)量。

  (4)工作電源的落實(shí)。本系統(tǒng)中主要涉及到單片機(jī)的工作電壓和ISD4004芯片的工作電壓,它們分別為5V和3.3V。其中5V工作電壓可通過(guò)4節(jié)1.3V可充電鎳氫電池串聯(lián)獲得。經(jīng)測(cè)試它的工作電壓和工作時(shí)間滿足日常要求。3.3V電壓為ISD4004語(yǔ)音錄放芯片專用。由于該芯片包含了模擬量與數(shù)字信號(hào)的互換過(guò)程,因此對(duì)電源的要求較高。本系統(tǒng)采用HT7133穩(wěn)壓電源芯片,提供穩(wěn)定的3.3V直流輸出。當(dāng)然在條件允許的情況下也可以選擇3V工作電壓的單片機(jī)以簡(jiǎn)化電路。

  在軟件調(diào)試過(guò)程中,有如下幾個(gè)重點(diǎn):

  (1)通過(guò)調(diào)用at89x52.h函數(shù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的外部接口與內(nèi)部實(shí)際地址的有效映射。此舉極大地減輕了主函數(shù)和功能函數(shù)的編程復(fù)雜度,同時(shí)提高了程序的可讀性和可維護(hù)性。

  (2)通過(guò)有效設(shè)置單片機(jī)燒碼程序,完成軟件的編輯和燒錄工作。在此項(xiàng)目中選用的軟件是STC-ISP燒錄軟件,它是STC公司的單片機(jī)配合燒碼軟件。界面如圖6所示。

  在KEIL C中完成C編程并生成有效的HEX十六進(jìn)制文件后,只要依次進(jìn)行MCU Type選擇:選擇相應(yīng)的CPU類型,這里選STC89C52RC;

COM口選擇:選擇電腦對(duì)應(yīng)的COM口;
波特率:最高115200,最低1200;
雙倍速:選擇12T/單倍速

  其他選項(xiàng)默認(rèn)即可。在完成選項(xiàng)設(shè)置后,選擇“打開(kāi)程序文件”后下載相應(yīng)源程序,再點(diǎn)擊“Download/下載”就完成了所有的單片機(jī)燒碼工作。

  5 結(jié)束語(yǔ)

  本系統(tǒng)充分利用了各類集群手臺(tái)的耳機(jī)麥克風(fēng)一體化插孔,將ISD4004的高清晰語(yǔ)音錄放和單片機(jī)控制功能相結(jié)合,成本較低,兼容性好,適用于各類模擬/數(shù)字集群設(shè)備的隱蔽化通信應(yīng)用,可在特定的場(chǎng)合發(fā)揮出特殊作用。

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