0 引言

集群電臺包括集群手臺(對講機)和集群車臺，它們在黨政機關、軍隊、警察以及工程建設中應用十分廣泛，但是在實際使用中也存有一定局限。例如在一些特殊場合，如警察對犯罪分子開展秘密調(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候，各類集群電臺使用人員都可能遭遇到這類尷尬——即需要借助集群電臺向相關人員匯報情況的時候，卻不便發(fā)出聲音或者因周邊環(huán)境嘈雜造成無法正常通信。

通過調(diào)查走訪，這類工作的共性通常是語義簡單卻需要反復說講。例如警察在秘密調(diào)查取證中，經(jīng)常會重復“嫌疑人出現(xiàn)，正常跟蹤，嫌疑人停止了腳步，嫌疑人開始逃跑”等話語；工程人員則會始終重復“開始起吊、向左、向右、向前、向后、結(jié)束起吊”等簡單信息。鑒于各單位的集群手臺、車臺已經(jīng)大量投入使用，如果能夠在上述各類集群電臺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現(xiàn)特殊情況的集群通信應用，從而進一步提高各單位集群通信系統(tǒng)的聯(lián)絡通信和指揮調(diào)度的效能。

本系統(tǒng)以單片機作為主要控制芯片，ISD4004作為語音錄放芯片，配合相關外圍電路和控制開關實現(xiàn)特殊場合下的隱蔽化通信。用戶只需事先錄制好所需語音，在工作時按下相應按鈕，即可將該路話音由集群電臺發(fā)出。各種集群手臺車臺，只要能夠提供語音輸入、語音輸出、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。一是在使用前的語音輸入部分。即用戶可以根據(jù)自己的實際使用需求，按需進行錄音。通過系統(tǒng)的外圍按鍵，在按動錄音按鈕之后，單片機通過SPI串行輸入，告訴ISD4004芯片進入錄音模式和錄音的起始地址。麥克風輸入的聲音經(jīng)過過濾和放大輸入到ISD4004，實現(xiàn)了錄音。另外一個部分是在使用的過程中，當工作人員需要說話的時候，可以按動相應的按鈕播放語音。當用戶動作之后，單片機通過SPI串行輸入，告訴ISD4004芯片進入放音模式和放音的起始地址。同時單片機觸發(fā)集群電臺的PPT控制引腳，實現(xiàn)語音由ISD4004芯片向集群電臺的輸入與轉(zhuǎn)發(fā)。圖1工作模式示意圖

2 電路設計

本系統(tǒng)電路設計如圖2、3、4所示。

當工作在語音輸入模式時，按下錄音按鈕1，聲音由麥克風輸入，輸入至三極管得到有效放大。再經(jīng)過濾波輸入至ISD4004的ANA IN+引腳中。ISD4004的語音信號由耦合電容輸入，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，SS引腳與單片機P00引腳相連接，作為片選信號使用。MOSI(串行輸入)引腳與單片機P01引腳相連接，單片機通過軟件寫入0xB0，即命令ISD4004工作在“從指定地址錄音”狀態(tài)，進行錄音。錄音完畢后，再次按下按鈕1，將停止錄音。

而當工作在按鍵轉(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，連接至集群電臺的MIC輸入信號線。其中可并聯(lián)兩個不同大小的電容(測試中選用2．2μf和22μf)，用來分別過濾線路中的高頻和低頻噪聲。MOSI(串行輸入)引腳與單片機P01引腳相連接，單片機通過軟件寫入0xE0，即命令ISD4004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將實現(xiàn)自動放音，直至遇到EOM。放音狀態(tài)下單片機的P10口直接驅(qū)動集群電臺的PPT輸入信號，通過軟件將P10置為低電平，實現(xiàn)集群電臺的PPT功能和聲音轉(zhuǎn)發(fā)。值得注意的是，不同的集群手臺MIC輸入阻抗不同，必要時需要調(diào)整ISD4004的輸出阻抗。

3 軟件設計

程序設計如圖5所示，ISD4004芯片在上電以后，將對芯片進行初始化。此時，STC89C52單片機將對外圍連接的3×3控制矩陣進行按鍵檢測，得到相應的兩進制的數(shù)值。根據(jù)數(shù)值，單片機控制程序?qū)⒆詣优卸ㄊ遣扇′浺暨€是放音功能，并生成相應的語音起始地址。根據(jù)判定，單片機逐位地將SPI關鍵字寫入MOSI引腳，即完成了單片機對于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ISD4004將產(chǎn)生中斷并輸入至單片機外部中斷INT0，回到起始點。

作者：史美峰   來源：現(xiàn)代電子技術

鑒于保證程序較好的可讀性和可維護性，編程采用了C語言。幾個主要子程序如下：

ISD4004 SPI寫入子程序

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)設置之外，還需要注意以下幾個要點：

(1)集群手臺中語音輸入、語音輸出、PPT和接地四條接線的選取。集群車臺一般具備專用的數(shù)據(jù)接口，只要按照說明書就能夠取出相應的信號引線，然而一般的集群手臺不會具備明顯的數(shù)據(jù)輸入輸出口，且各品牌的手臺通常也采用不同的技術標準。但是無論是模擬集群手臺或是數(shù)字集群手臺，通常都具備了有線耳機麥克風接口。通過將該接線截斷研究，可以得知其中四根導線的定義進而依次確定手臺的語音輸入、語音輸出、PPT和接地四條接線的具體位置。

(2)集群手臺的MIC接收靈敏度需要調(diào)整。所謂手臺的MIC接收靈敏度是指手臺的內(nèi)置／外界麥克風在多少靈敏度下可打開工作。在靈敏度太低的情況下，將不能有效地觸發(fā)起集群手臺的PPT功能。經(jīng)過實驗證明，在通過手臺耳機接口的情況下，如果需要觸發(fā)起手臺PPT功能，必須同時滿足兩個條件。一是外接PPT線需要置0(這個功能是通過C語言編程中的play()函數(shù)得以實現(xiàn))。二是外界MIC線需有聲音輸入，即ISD40 04有聲音輸出。兩個條件必須同時滿足才能有效觸發(fā)手臺PPT功能。因此，在手臺燒碼軟件里，可以適當提高MIC的接收靈敏度，避免因為靈敏度不夠造成PPT無法觸發(fā)的情況。

(3)輸出音質(zhì)的調(diào)整。語音輸出部分，通常單一電容進行雜音濾波。經(jīng)過實驗，單一小電容的雜音濾波效果一般。因此通過將一大一小兩個電容并聯(lián)的方法，分別過濾聲音輸出過程中的高音部分雜波和低音部分雜波。本項目中，電容的選擇分別是2．2μf／50V和22μf／35V。實驗證明，通過兩電容并聯(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。本系統(tǒng)中主要涉及到單片機的工作電壓和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4節(jié)1．3V可充電鎳氫電池串聯(lián)獲得。經(jīng)測試它的工作電壓和工作時間滿足日常要求。3．3V電壓為ISD4004語音錄放芯片專用。由于該芯片包含了模擬量與數(shù)字信號的互換過程，因此對電源的要求較高。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。當然在條件允許的情況下也可以選擇3V工作電壓的單片機以簡化電路。

在軟件調(diào)試過程中，有如下幾個重點：

(1)通過調(diào)用at89x52．h函數(shù)庫，實現(xiàn)了單片機的外部接口與內(nèi)部實際地址的有效映射。此舉極大地減輕了主函數(shù)和功能函數(shù)的編程復雜度，同時提高了程序的可讀性和可維護性。

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

在KEIL C中完成C編程并生成有效的HEX十六進制文件后，只要依次進行MCU Type選擇：選擇相應的CPU類型，這里選STC89C52RC；

COM口選擇：選擇電腦對應的COM口；

波特率：最高115200，最低1200；

雙倍速：選擇12T／單倍速

其他選項默認即可。在完成選項設置后，選擇“打開程序文件”后下載相應源程序，再點擊“Download／下載”就完成了所有的單片機燒碼工作。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)充分利用了各類集群手臺的耳機麥克風一體化插孔，將ISD4004的高清晰語音錄放和單片機控制功能相結(jié)合，成本較低，兼容性好，適用于各類模擬／數(shù)字集群設備的隱蔽化通信應用，可在特定的場合發(fā)揮出特殊作用。