ISD1420__语音接口芯片及其应用

101第十章ISD1420语音接口芯片及其应用近几年语音电路发展极为迅速，在单片机系统中的应用越来越广。语音接口作为输出口时，主要用于报告运行状态、运行结果、提示系统操作过程及故障报答等；作为输入时、则主要是语音的记录、语音库的建立和语音的识别。102§10.1ISD1420语音接口芯片在单片机应用系统中，语音接口有如下特点：第一，语音输出的基本词汇都是确定的，且数量有限，如故障提示、操作提示、运行结果报告等；第二，充分发挥单片机灵活的控制功能，根据系统的实时状态结果，选择合适的语音词汇或语言段随时组合输出；第三，写入后不易遗失，修改方便。103现在语音处理合成芯片很多，大多均是先将语音经A/D转换后存入存贮器中，放音时取出再经D/A转换输出。美国信息存贮器件公司推出的ISD系列语音电路采用直接模拟存贮技术，不需要专用开发工具、编程器，它操作简单，接口灵活，因此深受广大单片机应用人员的欢迎。国内许多厂家在生产语音板，大多以该公司ISD系列芯片为核心构成。现以ISD1400系列中ISD1420芯片为例，介绍语音电路与单片机的应用接口。104一、ISD1420芯片的特点外围元件简单，仅需少量阻容元件、麦克风即可组成一完整录放系统；模拟信息存贮重放音质极好，并有一定混响效果；待机时低功耗（仅0．5μA），典型放音电流15mA；放音时间20s，可扩充级联；可持续放音，也可分段录放，最小分段20s/160段＝0．125s/段，可分段数160段；105录放次数达10万次；断电信息存贮，无需备用电池，信息可保存100（年）；操作简单，无需专用编程器及语音开发器；高优先级录音，低电平或负边沿触发放音；单电源供电，典型电压十5V。106二、内部结构介绍ISD1420语音芯片内部结构框图如图10.1-1所示。前置放大器对通过麦克风（MIC）送入的语音信号进行放大，并受自动增益电路AGC控制，保证输入信号大小变化时不失真。前置放大器输出（ANOUT）的信号可通过电容耦合送入（ANIN）信号放大器，也可通过电容耦合直接输入其它模拟信号，如录音机等的线路输出，输入信号典型值为50mV（峰一峰）。107•信号放大器输出送入（五阶）滤波器，在采样时钟和模拟收发器控制下进行比较采样，存入不易失真模拟存贮器单元。•录入信号输出经滤波器、输出放大器送到扬声器引脚SP+、Sp-，从而完成语音的重放。•地址线（A0~A7）经缓冲器、译码器控制管理存贮单元，控制逻辑控制芯片（PLAYL、PLAYE、REC、RECLED）的录、放和触发控制以及输出指示等。•内部时钟及定时器、采样时钟为采样等提供时钟脉冲信号。108ISD1420语音芯片内部结构框图109三、ISDl420封装及引脚介绍ISD1420DIP硬封装和COB软封装均为28管脚器件，其引脚如图10.1-2所示。各引脚功能如下：·A0～A7（1～6、9、10脚），地址或操作模式控制端；·NC（7、8、11、22脚），空脚；·VSSD（12脚），数字地；·VSSA（13脚），模拟地·SP＋、SP-（14、15脚），音频信号输出端，驱动8～16Ω扬声器；1010·VCCA（16脚），模拟电源；·MIC（17脚），话筒输入端，可用驻极体话简，通过电容耦合；·MICRef（18脚），话筒输入参考端，若不用，浮空；·AGC（19脚），自动增益控制端，调整芯片内部前置放大器增益，使录入信号不失真；·ANAIN、ANAOUT（20、21脚），模拟信号输入、输出端，两端间接电容，该端可用于模拟信号的直接输入；1011PLAYL（23脚），电平放音控制（低电平有效）；PLAYE（24脚），边沿触发放音控制；RECLED（25脚），录音指示XCLK（26脚），外部时钟或接地；REC（27脚），录音/放音控制，高电平为放音，低电平为录音。VCCD（28脚），数字电源。1012四、ISD1420基本技术指标（均为典型值）工作电源+5V静态电流〈10ΜA；工作电流15mA信噪比S/N=43DB录音时间：20s每基本段时间长度：20s／160段=0.125s／段。1013§10.2ISDI420与单片机接口举例以MCS-51系列单片机为核心的一般工业控制系统均以亮灯或响铃报警提示，而配上语音接口后可实现多路信息的语音报警提示，提高系统的整体水平，增强报警效果。1014一、硬件联接如图10.2-1所示，单片机8031通过一片74LS377锁存器实现对ISDI420的多种控制操作，其语音接口地址为7FFFH。D6控制放音开始，D7控制录音、放音选择，A0、A1固定接地，8031输出数据D0～D7与ISD1420录放控制码对应关系见表10.2-1，本例共分40段，每段时间长度0．5s。101574LS377D7D6D5D4D3D2D1D0分段段控制码ISD1420RDPLA7A6A5A4A3A2录音01000000第0段40H01000001第1段41H…………………………01100110第38段66H01100111第39段67H放音10000000第0段80H10000001第1段81H…………………………10100110第38段A6H10100111第39段A7H1016二、录入语言信息本系统以语音方式报温度值、压力值、流量值。需录入的单字有数字“0～9”，及“千”、“百”、“十”、“度”、“点”、“帕”等，0．5s一个单字。词段有“当前时间”，1．5s；“当前温度”，需1．5s。假设段码值放入40H单元，子程序如下：1017RECORD:MOVDPTR，＃7FFFH；语音接口地址MOVA，＃0FFHMOV@DPTR，A；送停止录放音码MOVA，40H；录音控制码由40H送入AACALLTIMA；延时20msMOVX＠DFTR，AACALLTIMB；延时0．5s对麦克风发音;录单字，如数字“1”，“千”MOVA，＃0FFHMOVX＠DPTR，A；停止录音RET1018此子程序段可反复调用。当录入词段时，则根据词段长度增加延时及地址段长度。如录入“当前时间”字段需1．55，占用三个地址段长；首地址为42H，下一字段地址码则为45H。1019三、放音程序（1）放音子程序PLAY：MOVDFTR，#7FFFHMOVA，＃0FFH；复位信号MOV＠DPTR，AMOVA，40H；放音地址及控制码由40H送AACALLTIMA；延时20MSMOVX＠DPTR，AACALLTIMB；延时放音时间;（单字时0．5s，词段时1.5s）MOVA，＃0FFH；停止放音MOVX＠DPTR，ARET1020（2）放音实例[例]放音内容为“当前水压285kPa”，各字段录入顺序如下表。语音信息01…89千百十帕当前水压当前时间录音段控制码（H）4041…48494A4B4C4D4E51放音段控制码（H）8081…88898A8B8C8D8E911021程序入口：百位数、十位数、个位数的控制码分别存放在R0、Rl、R2。程序如下：ALARM：MOV40H，＃8EH；“当前水压为”字码ACALLPLAY；调放音（子程序延时1．5s）MOV40H，R0；“2”ACALLPLAYMOV40H，＃8BH；“百”ACALLPLAY1022MOV40H，R1；“8”ACALLPLAYMOV40H，＃8CH；“十”ACALLPLAYMOV40H，R2；“5”ACALLPLAYMOV40H，＃8AH；“千”ACALLPLAYMOV40H，＃8DH；“帕”ACALLPLAYEND1023问题上例中的百位数、十位数、个位数的控制码为什么存放在R0、Rl、R2？40H在程序中起何作用？1024语音程序设计要点：录音编码设计录音子程序设计录音编码地址表放音编码设计放音子程序设计放音编码地址表主程序设计结论：各段语音存放在ISD1420由A7~A2决定的地址单元中；各段语音的录音由录音编码RD=0、PL=1和A7~A2决定；各段语音的放音由放音编码RD=1、PL=0和A7~A2决定；录音编码/放音编码可以以表格的形式存放在各类存储器中；编写相应的录音/放音子程序。1025[例1]黄山诗一首黄山巍巍劲松翠，石猴观海游人醉。一望无际好风景，乐在天涯展心扉。试将此诗语音编码存入程序存储器，控制录音/播放。1026[技术路线]硬件设计（同上）P1.0—控制录音P1.1—控制播音P1.2—控制录/放录音编码设计录音子程序设计录音编码地址表放音编码设计放音子程序设计放音编码地址表主程序设计1027[程序设计]录音子程序——将“黄山……”语音录入STARTR：MOVDPTR，#RTABALMOVR7，#NN（1CH）NEXTR：CLRAMOVCA，@A+DPTRMOV50H，ALCALLRECORD0INCDPTRDJNZR7，NEXTRRETRTABL：DB40H，41H，42H，43H，44H，45H，46H（8040H）黄山巍巍劲松翠………………1028RECORD0：PUSHDPH；保护现场PUSHDPLMOVDPTR，＃7FFFH；语音接口地址MOVA，＃0FFHMOVX@DPTR，A；送停止录放音码MOVA，50H；录音控制码由50H送入AACALLTIMA；延时20msMOVX＠DFTR，AACALLTIMB；延时0．5s对麦克风发音录单；字，如“黄”，“山”等MOVA，＃0FFHMOVX＠DPTR，A；停止录音POPDPL；恢复现场POPDPHRET1029放音子程序——将“黄山……”语音播放PSTART:MOVDPTR，#PTABALMOVR7，#NN（1CH）NEXTP：CLRAMOVCA，@A+DPTRMOV50H，ALCALLPLAY0INCDPTRDJNZR7，NEXTPRETPTABL：DB80H，81H，82H，83H，（8080H）黄山巍巍84H，85H，86H劲松翠………………1030PLAY0：PUSHDPH；保护现场PUSHDPLMOVDPTR，#7FFFHMOVA，＃0FFH；复位信号MOV＠DPTR，AMOVA，50H；放音地址及控制码由50H送AACALLTIMA；延时放音时间；（单字时0．5s，词段时1.5s）MOVX＠DPTR，AACALLTIMBMOVA，＃0FFH；停止放音MOVX＠DPTR，APOPDPL；恢复现场POPDPHRET1031主程序设计MAIN：MOVSP，#60HMOVP1，#00HWAITR：JNBP1.0WAITR；判断录音否？LCALLRSTARTSETBP1.3WAITP：JNBP1.1WAITP；判断播音否？LCALLPSTARTSETBP1.4JNBP1.2WAITR；录音/播音？SETBP1.5SJMPWAITP1032操作说明先将K0=1、K2=1录音操作，LED0亮表示录音结束然后使K1=1放音，LED1亮表示放音结束若需重新录音，则将K2=0，否则，LED2亮表示可以重复放音课题简介本课题采用单片微机控制、先进的语音电路、优美的图片、美妙的音调、和谐的诗韵，将您带入黄山佳景，领略大自然的恩赐，享受诗情画意的奥妙。…设计人员：2000级“单片微机控制技术”课题组设计单位：山东大学物理与微电子学院1033四、ISD系列语音芯片应用中应注意的问题1．ISD系列器件所有地址端、控制端和TEST/CLD端必须可靠接高电平或低电平，而可悬空，否则可能出现停止播放的情况。2．为充分发挥其优质高保真特点，应注意以下几点：（1）AGC阻容，尽量靠近ISD，旦连线尽量短；（2）电源线和地线宽度应在0．8mm以上；（3）选用优质驻极体话筒；1034（4）话筒信号耦合电容与连接MICREF端到模拟地的电容要相同；（5）电源内阻低且无噪音。3．ISD的SP+、Sp-端一定不要接地，只能接喇叭或悬空。外接功放器时，采用单端输出，另一端接10μF电容到地或悬空，否则ISD会损坏。4．国内部分厂家语音芯