本文介紹一種基于經(jīng)典51單片機(jī)作為主控制器，搭配美國ISD公司生產(chǎn)的ISD4004系列語音芯片，構(gòu)建的錄放音系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計靈活，既可應(yīng)用于簡易錄音筆，也可作為公交報站器等設(shè)備的核心模塊。下面將從系統(tǒng)設(shè)計、硬件構(gòu)成、軟件流程及錄音制作方法四個方面進(jìn)行闡述。
一、 系統(tǒng)總體設(shè)計
本系統(tǒng)的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的語音錄制、存儲與回放。51單片機(jī)（如AT89S52）作為主控單元，負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)的邏輯控制、按鍵響應(yīng)、狀態(tài)指示以及與ISD4004芯片的通信。ISD4004芯片作為語音處理的核心，負(fù)責(zé)完成語音信號的模擬采集、存儲（片內(nèi)FLASH存儲介質(zhì)）和模擬回放。系統(tǒng)通過麥克風(fēng)輸入錄音，通過功率放大器驅(qū)動揚(yáng)聲器進(jìn)行放音。系統(tǒng)還需配備必要的按鍵（如錄、放、停、上一段、下一段等）、狀態(tài)指示燈（如錄音燈、放音燈）和電源模塊。
二、 硬件電路構(gòu)成
- 主控電路：51單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括晶振電路、復(fù)位電路等。
- 語音錄放電路：ISD4004芯片及其外圍電路是關(guān)鍵。ISD4004采用3.3V供電，需注意與5V單片機(jī)系統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換（通常串接限流電阻）。其外圍電路包括麥克風(fēng)前置放大電路、自動增益控制(AGC)電路、揚(yáng)聲器功放電路（如采用LM386芯片）以及重要的抗混疊濾波電路。單片機(jī)通過SPI串行接口（連接ISD4004的MOSI, MISO, SCLK, SS引腳）發(fā)送指令控制其工作。
- 輸入輸出模塊：按鍵陣列連接到單片機(jī)的I/O口，采用掃描或中斷方式檢測。LED指示燈直接由I/O口驅(qū)動。對于公交報站器應(yīng)用，可增加LCD顯示屏用于顯示站名信息，并增加外部存儲芯片（如AT24Cxx系列EEPROM）用于存儲站名與對應(yīng)語音地址的映射表。
三、 軟件程序設(shè)計
軟件程序采用C語言編寫，主要流程如下：
- 初始化：初始化單片機(jī)I/O口、定時器，初始化ISD4004芯片（發(fā)送上電指令PU、等待TPUD時間）。
- 主循環(huán)：循環(huán)掃描按鍵狀態(tài)。
- 按鍵處理：
- 錄音鍵：發(fā)送錄音指令（REC），點(diǎn)亮錄音指示燈，芯片開始從麥克風(fēng)錄入語音，直到收到停止指令或存儲空間滿。
- 放音鍵：發(fā)送指定地址的放音指令（PLAY），點(diǎn)亮放音指示燈，芯片從指定地址開始回放語音，直到EOM（信息結(jié)束）標(biāo)志出現(xiàn)或收到停止指令。
- 停止鍵：發(fā)送停止指令（STOP），關(guān)閉所有指示燈。
- 對于多段語音管理（如公交報站），單片機(jī)需要維護(hù)一個地址索引表。按下“下一段”鍵，則從表中取出下一段語音的起始地址，發(fā)送帶地址的PLAY指令。
- 中斷服務(wù)：可以利用單片機(jī)外部中斷監(jiān)聽ISD4004的EOM引腳，當(dāng)一段語音播放結(jié)束時，EOM引腳會產(chǎn)生一個低電平脈沖，觸發(fā)中斷，通知單片機(jī)當(dāng)前段落播放完畢，以便進(jìn)行下一段播放或狀態(tài)切換。
四、 錄音制作與系統(tǒng)應(yīng)用
- 錄音筆模式：錄音制作直接在硬件上進(jìn)行。用戶按下錄音鍵，對著麥克風(fēng)說話，語音即被存入ISD4004芯片的固定存儲區(qū)間。回放時，可按順序或選擇地址回放。設(shè)計時可劃分多個存儲扇區(qū)，實(shí)現(xiàn)多段錄音管理。
- 公交報站器模式：錄音制作需要預(yù)先完成。可以使用專業(yè)的錄音設(shè)備錄制清晰、準(zhǔn)確的站名提示音（如“下一站：中山路，請下車的乘客提前做好準(zhǔn)備”），然后通過本系統(tǒng)的錄音功能，將每一段站名語音依次錄入芯片的連續(xù)存儲空間，并記錄每段語音的起始地址。將站名順序與地址的對應(yīng)關(guān)系（地址索引表）固化到單片機(jī)的程序存儲器或外部EEPROM中。運(yùn)行時，系統(tǒng)通過GPS模塊或按鍵觸發(fā)，根據(jù)當(dāng)前站序查找地址表，控制ISD4004播放對應(yīng)的語音片段，并可配合LCD顯示站名信息。
基于51單片機(jī)和ISD4004芯片的錄放系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)簡潔，控制邏輯清晰，是實(shí)現(xiàn)低成本、中等音質(zhì)語音應(yīng)用的有效方案。通過不同的軟件設(shè)計，能夠靈活應(yīng)用于簡易錄音筆、公交報站器、語音提示器等多種場景。設(shè)計中需特別注意ISD4004的SPI時序、模擬音頻電路的抗干擾設(shè)計以及電源的穩(wěn)定性，以確保良好的語音錄放效果。
