语音编程远程控制试验板.docx

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语音编程远程控制试验板

语音编程、远程控制试验板

湖北省孝感市社区乞丐

一、前言：

为参加本站组织的征文大赛，本人在我们研制的“远程控制、灾情报警系统”的基础上，经过改进、优化和精简，重新设计出了一款“语音编程、远程控制试验板”。

该板不仅可供爱好者进行远程控制的学习、试验和研究，还可用于对89S51芯片的编程、对ISD1420语音芯片的编程，同时还可作为初学者编写流水灯之类的入门学习工具。

该试验板具有工作稳定、可靠性好等特点，适合具有一定电子技术基础的爱好者制作。

本文资料详实，软件配套齐全，接插端口设计完备，工作原理及使用说明叙述完整，因此也可直接供厂商用于专业化产品生产和销售。

考虑到本站的读者多数都是初学者，因此在写稿时尽量采用了教材式的写法，由于是网络稿件，因此在写作手法上并不十分严谨，但力求叙述深入浅出，以便让每个读者都看得懂、学得会。

但是由于既要照顾到初学者，同时又要考虑基本功比较扎实的老读者，因此在写作技巧上很难把握，我深信，各位通过阅读本文后，对文中涉及到的有关概念以及远程控制的基本原理都会有一个清晰的了解和掌握，对于悟性较强的读者甚至还能从本文领略到电路设计的一些技巧。

但由于时间紧迫，再加上我们的工作十分繁忙，尽管文稿经过了认真的校对，仍难免会有疏漏和不当之处，在此敬请各位同仁批评与指正。

二、远程控制的概念

本文所说的远程控制，简单的说，就是利用打电话的方式，通过按压电话机上的按键，来遥控远方的电器。

为了实现远程控制的功能，在接受控制的地方必须要有一个接收和控制装置，且该装置要和电话线连接起来，这样接收装置才能接收到电话线上的各种控制指令，从而实现对家用电器的遥控操作。

由于这种控制方式具有控制距离远，不受地域和国界限制，只要在有电话的地方就能操作，而且不占用无线电资源，抗干扰能力强等优点，因此具有广阔的发展前景。

该语音编程、远程控制试验板就是专门用于这种学习和开发的专用工具。

三、该试验板功能、特点简介

1、 可进行远程控制试验，具有8路控制输出，用LED显示各路输出状态；

2、 可用拨码开关完成对语音芯片的分段录音编程试验，即本地硬编程录音试验；

3、 可用电话远程对语音芯片进行分段录音编程试验，即远程软件编程录音试验；

4、 可对录音效果进行本地监听及远程监听；

5、 可对89S51芯片进行编程，芯片采用锁紧插座固定，插拔芯片方便；

6、 可供初学者进行流水灯之类的入门学习和试验；

7、 具有交流电源供电及USB供电两种供电方式；

8、 与PC接口采用并口连接，连接电缆及接插端口全部使用标准件；

9、 软件配套齐全，并全部采用中文化操作界面。

四、电路工作原理

电路方框图如图1所示，由铃流检测电路、摘机挂机电路、双音频解码电路、单片机89S51电路、控制接口及指示电路、语音录放电路、音频放大及监听电路、下载线及PC接口电路、电源电路等部分组成。

整机电路如图2所示，下面对各单元电路的工作原理以及设计要点予以详细介绍。

在介绍各单元电路以前，请有条件的读者首先打印出一张电路原理全图，以便于在阅读本文时对照察看，另外，文中涉及到的单元电路与总图保持一致，如果身边放一张全图的话，也便于将单元电路和全图对照，这样阅读起来便于理解。

1、     电源电路

电源电路的作用是提供稳定的+5V直流工作电压，供试验板工作，电源电路如图3所示。

该试验板采用交流电源供电和USB供电两种方案。

图3中J4为9V交流电源接口，使用交流电源供电时，需要外接一个220V变9V的电源变压器，功率为15W左右即可。

变压器次级线圈输出的9V交流电压通过J4引入，再经过全桥QD2进行全波整流，C19、C20滤波，IC6稳压后，输出稳定的+5V直流工作电压。

全桥QD2的外形如图4所示，内部有4个二极管组成，由于形状是圆形的，因此通常称它为“园桥”。

将4个二极管封装在一个圆形的模块内主要是便于安装。

常用的全波整流模块除了园桥以外，根据形状不同还有方桥和单列直插式的扁桥等，如图5、图6所示。

无论是园桥、方桥、还是扁桥，作用都是一样的，其内部的4个二极管都连接成图7所示的全波整流电路。

在全桥引出的4根线中，标有波浪线符号的两个管脚接交流电9V；标有“+”号的管脚为正极输出，标有“—”号的管脚为负极输出。

图3中9V的交流电压经全桥QD2全波整流后，输出的脉动直流电压经过电容C19、C20滤波、三端集成稳压器IC6稳压以后，从IC6的第3脚输出稳定的5V直流电压，该5V电压再经过C21、C22进一步滤波后，输出更加平滑、稳定的直流电压。

IC6是7805型三端稳压器，外形如图8所示。

该稳压器的最大输出电流可达1A，能满足该试验版的工作需要。

7805型稳压器输入、输出端电压差通常取3V——7V之间比较合适，如果输入、输出电压差过大，当电源电流较大时容易发热，因此使用时最好加装散热片。

图3中C20、C22的作用是滤除掉线路上的高频脉冲干扰，由于电解电容对高频电脉冲滤波效果较差，因此在电解电容C19、C21两端各并联了一个0.1uF的瓷片电容，瓷片电容的高频滤波性能要比电解电容好得多，因此可弥补电解电容高频滤波较差的不足。

发光二极管LED10为电源指示灯，R39为LED10的限流电阻，该电阻的阻值通常取500欧姆——1K之间，该限流电阻的阻值取的越大，LED亮度越小，反之，限流电阻越小，LED亮度越高，对于高亮度的发光二极管，有时限流电阻的阻值可以取2K以上的。

电源指示灯要用绿色的，这是行业标准，除了电源指示灯以外，该板剩余的所有LED全部用红色的，以达到醒目的效果。

在电源+5V的输出端还串接了一个30欧姆的保险电阻R38，该电阻由于阻值很小，正常工作时两端的电压降极小，不会影响电路的正常工作；但是在业余调试、试验的时候，如果出现负载短路的意外发生，尤其是板子上出现电源短路的情况时，此时该电阻就能起到限制输出电流，保护电源及负载元件的作用。

图3中CZ1为USB电源插头，正极要接在保险电阻R38的左侧，使USB取出的电流要经过保险电阻R38以后再供给负载使用。

平时试验时可使用USB供电，当板子调试完成，作为正式控制产品使用时，就不可能长时间的连接在电脑上，因此要用外接9V变压器供电。

2、     铃流检测电路

铃流检测电路的作用就是检测电话线上的铃流信号，以便于为单片机提供电话铃响的次数。

由于本文后面的论述要涉及到电话机和电话线的一些术语，因此很有必要给各位介绍一下这些常用的名词术语，以供初学者参考。

（下面红色的部分为参考资料，供没有电话基础知识的人员阅读）

铃流：

简单的说，所谓铃流，就是电话机在铃响的时候电话线上的电流就是铃流。

听筒：

所谓听筒，就是打电话时手拿着的那个部分，它的一端放在耳朵边，用来听取对方的声音，另一端放在嘴边，里面有个小话筒，因此叫听筒。

待机状态：

所谓待机状态，就是电话机的听筒没有从电话机底座上拿起来，也就是既没有打电话，而且电话机也没有响铃，此时电话机处于等待使用的状态，因此叫“待机状态”。

叉簧：

叉簧其实就是电话机的开关，每当拿起听筒时，开关就自动接通了，每当将听筒放下时，开关就自动断开了，这个开关就叫做叉簧。

为什么叫“叉簧”呢，这是由于过去生产的老式电话机放听筒的那个架子就像个树杈一样，底下还有个弹簧，因此叫“叉簧”。

“叉簧”这个名词一直沿用到现在，并且成了专用的术语。

“摘机”和“挂机”：

所谓摘机，就是将听筒从电话底座上拿起来。

摘机后，电话机的叉簧接通，电话机主板接通线路上的48V电源，线路上就有了电流通过；所谓挂机，就是将听筒放回到电话机的底座上，此时电话机的叉簧断开，线路上就没有了电流通过。

挂机状态也叫待机状态，但是我们通常将听筒放回到底座上的瞬间叫做“挂机”，挂机以后的状态叫待机状态。

相应的，拿起听筒的瞬间叫做摘机，摘机后或电话铃响时的状态叫占线状态。

在待机状态下，线路上的48V直流电压是由电话机房送来的，是供电话机线路板使用的工作电压。

由于电话线是非常细的导线，电话线路的距离又很远，因此电话线的线路电阻通常都很大，从电话机房送出的48V直流电压大部分都要降落在线路电阻上，只有少量的电压供给电话机线路板使用，因此实际上摘机后电话机两端的电压只有6——12V左右。

占线：

当电话已经摘机，正在拨打或通话，或者虽然没有摘机，但是电话正在响铃，电话线此时的状态就叫占线。

铃流电压：

电话机铃响时，是因为电话机房对电话机送来了高达100V左右的交流电压，这个电压就是铃流电压，该电压只有在电话机铃响的时候才会存在，摘机以后就没有了。

铃流电压进入电话机后，直接通过图9中的电容C进入收铃电路，而没有经过叉簧K，因此在没有摘机的情况下电话也会响铃。

下面接着讲我们的试验板：

该试验板的铃流检测电路如图10所示：

由C1、R1、D、IC5、R2组成，由于电容器C不能通过直流电压，因此在待机状态下收铃电路没有电流通过。

当有人打来电话时，电话线路上就出现了100V的铃流电压，该铃流电压是交流电压，因此将通过C1、D、IC5内部的LED、R1导通形成回路。

IC5是通用的光耦合器，型号为4N25，其内部有一个发光二极管LED（左）和一个光敏三极管（右）组成，当光敏三极管接受LED照射时，集电极和发射极立即导通，此时A点电压降为0V；当没有铃流信号时，IC5内部的光敏三极管不导通，A点电压为高电平VCC。

在交流电的两个半周中，其中有一个半周经过二极管D导通，另一个半周通过IC5内部的LED导通，导通电流的流向见图11所示。

由此可见，A点的脉冲是随着铃流信号的出现而出现的，因此只要检测到A点有低电平脉冲出现，就说明线路上有铃流信号了，而且A点在单位时间内出现的脉冲个数就代表了振铃时间的长短，因此通过累加A点的脉冲个数就可以判断出振铃时间的长短和铃响次数的多少。

A点的电平状态连接到单片机89S51的T1（计数器）口，即P3.5端口，用来统计铃响的次数。

另外图中的RZ是一个脉冲高压吸收电阻，该电阻直接连接在电话线的入口处，平时该电阻是不导通的，阻值为无穷大，因此对电路没有任何影响，但是一旦线路上因雷电等因素出现瞬间的脉冲高压时，此时RZ立即导通，并出现永久性短路，将电话线路两端给短接起来，避免该试验板上的其他元件遭受雷击等高压脉冲影响，对试验板起到了很好的保护作用。

3、     摘机挂机电路

如图12所示，摘机、挂机电路其实就是一个电子开关，它的作用是完成摘机、挂机的动作。

试验版和电话线之间虽然是连接起来的，但是中间还必须要有一个电子开关存在，平时这个开关应该处于断开的状态，以免造成电话线占线，当你打电话到家里来，希望控制家中的电器时，如果出现了若干次铃响而且没人接听，这时候就需要让试验板和电话线路接通，即完成摘机动作，也就是将试验板和电话线之间的开关打开，这样试验版才能接收到线路上送来的各种控制指令，这个电子开关就是摘机挂机电路。

摘机挂机电路位于试验板的最前端，是和电话线直接连接的。

该电路由QD1、V1、V2等元件组成，图12中的L1、L2两个点是和电话线连接的。

QD1是由4个分立的二极管组成的全波整流电路，其作用是将线路上不确定极性的电压转换成确定的极性，也就是说，L1和L2两条线的正负极是不确定的，因为电话线在接入电话机或者试验板的时候是不分正极和负极的，可以随便连接，但是到了试验板内部，就必须区分出来哪一个是正极、哪一个是负极，用全波整流电路QD1即可将正负极给定下来，因为无论L1和L2是如何连接的，从QD1出来以后，正极和负极总是固定的，因为TP4这一点始终是正极，这样线路上48V的直流电压经QD1出来以后，其正负极就明确了。

下面我们分析一下摘机、挂机电路的实现过程，即电路的工作原理。

请看图12。

TP1和TP2后面的电路我们暂且不用管它，首先看图中TP3这个点，该点是和单片机的P1.4口相连接的。

请读者将图12和整机电路图对照一下，我们首先分析一下当P1.4口的状