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1、公益语音部分基于 ISD4004 芯片的语音录放设计1、器件介绍ISD4004 系列单片语音一、简述 单片 8 至 16 分钟语音录放 内置微控制器串行通信接口3V 单电源工作 多段信息处理 工作电流25-30mA,维持电流1A 不耗电信息保存100 年 (典型值 ) 高质量、自然的语音还原技术10 万次录音周期(典型值 ) 自动静噪功能 片内免调整时钟,可选用外部时钟型 号时 间输入采样典型带宽最大段数最小段长外部钟频ISD4004-08 8 分钟8.0kHz 3.4kHz 1200 200ms 1024.0kHz ISD4004-10 10 分钟6.4kHz 2.7kHz 1200 250
2、ms 819.2kHz ISD4004-12 12 分钟5.3kHz 2.3kHz 1200 300ms 682.7kHz ISD4004-16 16 分钟4.0kHz 1.7kHz 1200 400ms 512.0kHz ISD4004 系列工作电压3V, 单片录放时间8 至 16 分钟 ,音质好 ,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术 ,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每
3、个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声 “。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100 年 (典型值 ),反复录音10 万次。二、引脚描述电源 :(VCCA,VCCD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线 :(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字
4、电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV, 耦合电容和本端的3K 电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV ，为 ISD33000 系列相同。反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV 音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动5K 的负载。片选 (SS) 此端为低,即向该ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入(MOSI) 此端
5、为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供 ISD 输入。串行输出(MISO) ISD 的串行输出端。ISD 未选中时,本端呈高阻态。串行时钟(SCLK) ISD 的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI 和 MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD, 在下降沿移出ISD 。中断 (/INT) 本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作(包括快进)中检测到EOM 或OVF 时 ,本端变低并保持。中断状态在下一个SPI 周期开始时清除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志 - 指示 ISD 的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM 标志 - 只在
6、放音中检测到内部的EOM 标志时 ,此状态位才置1。行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个RAC 周期表示ISD 存储器的操作进行了一行 (ISD4004 系列中的存贮器共2400 行 )。该信号175ms 保持高电平,低电平为25ms 。快进模式下,RAC 的 218.75 s 是高电平,31.25 s 为低电平。该端可用于存储管理技术。外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在+1% 内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25% 内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4% 内 ,此时建议使用稳压电源。若要求更高精
7、度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定 ,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音 )时的噪声。通常本端对地接1mF 的电容 ,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较 ,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB 。1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA 则禁止自动静噪。三、
8、SPI( 串行外设接口) ISD4004 工作于SPI 串行接口。 SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿动作,因此对ISD4004 而言 ,在时钟止升沿锁存MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO 引脚。协议的具体内容为：1.所有串行数据传输开始于SS 下降沿。2.SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。3.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。4.SS 变低 ,输入指令和地址后,ISD 才能开始录放操作。5.指令格式是(8 位控制码)加 (16 位地址码)。6.ISD 的任何操作(含快进 )如果遇到EO
9、M 或 OVF, 则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI 周期开始时被清除。7.使用 “读“指令使中断状态位移出ISD 的 MISO 引脚时 ,控制及地址数据也应同步从MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里 ,同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。8.所有操作在运行位(RUN) 置 1 时开始 ,置 0 时结束。9.所有指令都在SS 端上升沿开始执行。(一 )信息快进用户不必知道信息的确切地址,就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的 1600 倍 ,遇到 EOM 后停止
10、,然后内部地址计数器加1, 指向下条信息的开始处。(二 )上电顺序器件延时TPUD(8kHz 采样时 ,约为25 毫秒 )后才能开始操作。因此,用户发完上电指令后,必须等待TPUD, 才能发出一条操作指令。例如 ,从 00 从处发音,应遵循如下时序: 1. 发 POWERUP 命令 ; 2. 等待 TPUD( 上电延时); 3. 发地址值为00 的 SETPLAY 命令 ; 4. 发 PLAY 命令。器件会从此00 地址开始放音,当出现EOM 时 ,立即中断,停止放音。如果从00 处录音 ,则按以下时序: 1. 发 POWER UP 命令 ; 2. 等待 TPUD( 上电延时); 3. 发 P
11、OWER UP 命令4. 等待 2 倍 TPUD; 5. 发地址值为00 的 SETREC 命令 ; 6. 发 REC 命令。器件便从00 地址开始录音,一直到出现OVF( 存贮器末尾)时 ,录音停止。ISD4002/4003/4004芯片参数表型号存储时间（秒）可分段数信息分辩率（毫秒）采样频率(HZ) 滤波器带宽(HZ) 控制码 +地址位ISD4002-120 120 600 200 8.0K 3.4K 5+11 ISD4002-180 180 600 300 5.3k 2.3k 5+11 ISD4002-240 240 600 400 4.0k 1.7k 5+11 ISD4003-04
12、240 1200 200 8.0K 3.4K 5+11 ISD4003-06 360 1200 300 5.3K 2.3K 5+11 ISD4003-08 480 1200 400 4.0K 1.7K 5+11 ISD4004-08 480 2400 200 8.0K 3.4K 8+16 ISD4004-16 960 2400 400 4.0K 1.7K 8+16 以上芯片由ISD3340K 编程拷贝机编程、拷贝。2、系统硬件设计该系统的硬件电路主要由单片机、语音录放器件、麦克风及扬声器构成。图1为其硬件结构框图。ISD4004与 C51 单片机的硬件连接如图所示，P1.0 接 SS，P1.1
13、 接 SCLK ，P1.2 接 MOSI ，P1.3 接 MISO ，P3.4 接 IN 口， P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 接外围电路。当 A1 扳向上面时，是录音状态，A2 扳向下面时，指示灯亮，就可对着话筒录音，松开按键时录音停止并生成一段录音。同样操作，则录下一段，胺下 STOP 键为复位，再录音时又从第一段开始，当A2 扳向下面时，是放音状态，A2 扳向下面时，播放一段录音，录音结束后自动停止放音。按下SIOP 键复位，放音时从第一段开始。硬件连接如图ISD4004部分3、软件设计：程序流程图开始初始化按键按下 N Y 延时ISD 开始上电并实始化关指示灯ISD 掉电PR=
14、1？录音放音结束程序如下：#include #define uc unsigned char #define ui unsigned InterrSTARTt sbit PX=P10; sbit CLK=P11; sbit DIN=P12; sbit DOUT=P13; sbit LED=P17; sbit AN=P16; sbit RESET=P15; sbit PR=P14; sbit Interrupt=P34; void delay50(); void FUN(unsigned char d); void START(); void PLAUSE(); void DROP(); mai
15、n() unsigned char delay; unsigned char isdlow,isdhigh; unsigned char n1; /*单片机初始化*/ SP=0x10; P0=0xFF; P1=0xFF; P2=0xFF; P3=0xFF; EA=0; lab1: LED=1; DROP(); delay=200; while(AN); while(delay-); START(); isdlow=isdhigh=0; if(PR) FUN (isdlow); FUN (isdlow); FUN (isdhigh); PX=1; b1: n1=10; while(n1-); d
16、elay50(); LED=0; FUN (0xB0); PX=1; if(Interrupt) while(!AN); n1=200; while(n1-); LED=1; PLAUSE (); if(RESET) while(!AN); PLAUSE(); goto b1; else b2: LED=1; n1=15; while(!AN) while(!n1-) delay50(); LED=0; n1=15; while(!AN) while(!n1-) delay50(); goto b2; else while(!AN); FUN(isdlow); FUN(isdhigh|0xE0) PX=1; b3: LED=0; FUN(0xF0); PX=1; if(RESET) while(Interrupt); LED=1; PLAUSE(); PX=0; CLK=0; CLK=1; if(!DOUT) CLK=0; PX
