基于ISD4004隐蔽化集群电台的通信模块设计与实现

摘要：在单片机的统一控制下，将ISD系列语音录放芯片与集群手车台配合使用，从而以较低的成本实现了集群电台联络时的隐蔽化使用。
关键词：ISD4004；单片机；集群电台

0 引言
集群电台包括集群手台(对讲机)和集群车台，它们在党政机关、军队、警察以及工程建设中应用十分广泛，但是在实际使用中也存有一定局限。例如在一些特殊场合，如警察对犯罪分子开展秘密调查跟踪取证，或是工程人员在嘈杂的建筑工地指挥塔吊工作的时候，各类集群电台使用人员都可能遭遇到这类尴尬——即需要借助集群电台向相关人员汇报情况的时候，却不便发出声音或者因周边环境嘈杂造成无法正常通信。
通过调查走访，这类工作的共性通常是语义简单却需要反复说讲。例如警察在秘密调查取证中，经常会重复“嫌疑人出现，正常跟踪，嫌疑人停止了脚步，嫌疑人开始逃跑”等话语；工程人员则会始终重复“开始起吊、向左、向右、向前、向后、结束起吊”等简单信息。鉴于各单位的集群手台、车台已经大量投入使用，如果能够在上述各类集群电台上外接一套通用的控制通信模块，将能够在最低的成本增加中实现特殊情况的集群通信应用，从而进一步提高各单位集群通信系统的联络通信和指挥调度的效能。
本系统以单片机作为主要控制芯片，ISD4004作为语音录放芯片，配合相关外围电路和控制开关实现特殊场合下的隐蔽化通信。用户只需事先录制好所需语音，在工作时按下相应按钮，即可将该路话音由集群电台发出。各种集群手台车台，只要能够提供语音输入、语音输出、PPT和接地四条接线，都能够与该模块配套使用。

1 工作原理
系统主要分为两大部分。一是在使用前的语音输入部分。即用户可以根据自己的实际使用需求，按需进行录音。通过系统的外围按键，在按动录音按钮之后，单片机通过SPI串行输入，告诉ISD4004芯片进入录音模式和录音的起始地址。麦克风输入的声音经过过滤和放大输入到ISD4004，实现了录音。另外一个部分是在使用的过程中，当工作人员需要说话的时候，可以按动相应的按钮播放语音。当用户动作之后，单片机通过SPI串行输入，告诉ISD4004芯片进入放音模式和放音的起始地址。同时单片机触发集群电台的PPT控制引脚，实现语音由ISD4004芯片向集群电台的输入与转发。图1工作模式示意图

当工作在语音输入模式时，按下录音按钮1，声音由麦克风输入，输入至三极管得到有效放大。再经过滤波输入至ISD4004的ANA IN+引脚中。ISD4004的语音信号由耦合电容输入，最大幅度为峰值32mV，耦合电容和本端的电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。此时，SS引脚与单片机P00引脚相连接，作为片选信号使用。MOSI(串行输入)引脚与单片机P01引脚相连接，单片机通过软件写入0xB0，即命令ISD4004工作在“从指定地址录音”状态，进行录音。录音完毕后，再次按下按钮1，将停止录音。
而当工作在按键转发模式的情况下，按下按钮2，声音将经由ISD4004的AUD OUT口输出，连接至集群电台的MIC输入信号线。其中可并联两个不同大小的电容(测试中选用2．2μf和22μf)，用来分别过滤线路中的高频和低频噪声。MOSI(串行输入)引脚与单片机P01引脚相连接，单片机通过软件写入0xE0，即命令ISD4004工作在“从指定地址放音”状态，系统将根据按键，送入不同的放音起始地址。ISD4004将实现自动放音，直至遇到EOM。放音状态下单片机的P10口直接驱动集群电台的PPT输入信号，通过软件将P10置为低电平，实现集群电台的PPT功能和声音转发。值得注意的是，不同的集群手台MIC输入阻抗不同，必要时需要调整ISD4004的输出阻抗。

3 软件设计
程序设计如图5所示，ISD4004芯片在上电以后，将对芯片进行初始化。此时，STC89C52单片机将对外围连接的3×3控制矩阵进行按键检测，得到相应的两进制的数值。根据数值，单片机控制程序将自动判定是采取录音还是放音功能，并生成相应的语音起始地址。根据判定，单片机逐位地将SPI关键字写入MOSI引脚，即完成了单片机对于ISD4004的功能和起始地址的告知。在完成录音工作以后，ISD4004生成EOM中断。以后一旦放音遭遇到EOM时ISD4004将产生中断并输入至单片机外部中断INT0，回到起始点。

鉴于保证程序较好的可读性和可维护性，编程采用了C语言。几个主要子程序如下：
ISD4004 SPI写入子程序

在KEIL C中完成C编程并生成有效的HEX十六进制文件后，只要依次进行
MCU Type选择：选择相应的CPU类型，这里选STC89C52RC；
COM口选择：选择电脑对应的COM口；
波特率：最高115200，最低1200；
双倍速：选择12T／单倍速
其他选项默认即可。在完成选项设置后，选择“打开程序文件”后下载相应源程序，再点击“Download／下载”就完成了所有的单片机烧码工作。

5 结束语
本系统充分利用了各类集群手台的耳机麦克风一体化插孔，将ISD4004的高清晰语音录放和单片机控制功能相结合，成本较低，兼容性好，适用于各类模拟／数字集群设备的隐蔽化通信应用，可在特定的场合发挥出特殊作用。