【文章內(nèi)容簡介】 擇 ISD1400 系列語音芯片目前已被用于微型固體錄音機(jī)、通訊、電話、車船、飛機(jī)黑匣子、有聲電子信函、語音信箱、高級玩具等。本設(shè)計(jì)選擇的 ISD1420 單片語音錄2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 放芯片也使 ISD1400 系列的一種。 ISD1420 與計(jì)算機(jī)、 CPLD 相結(jié)合，應(yīng)用前景十分廣闊。 ISD1420 可分段存貯 20 秒語音信息，按每秒鐘可讀 3 個漢字計(jì)算， 20 秒可分段貯存 609 多個漢字語音 [10]。將 ISD1420 的 A0～ A7 與 CPLD 的 I/O 口連接，這樣可單獨(dú)提取 160 段語音信息，并在軟件的支持 下可自動組合成若干段完整的長短語句。 例如在 ISD1420 中分段存入 “解放碑 ”、 “兩路口 ”“下一站 ”等語音信息，在 CPLD 的控制下，通過與顯示電路配接，便可制成語音報(bào)站系統(tǒng)。此外，還可以開發(fā)出 “會說話的電子稱 ”、“出租車自動語 音 報(bào)價(jià)器 ”、 “多路語音報(bào)警系統(tǒng) ”等新穎電子電器產(chǎn)品。 以下將詳細(xì)介紹 ISD1420 語音芯片的功能特性和應(yīng)用方法。 1. ISD1420 芯片功能特性 [10] ISD1420為美國 ISD公司出品的單片語音錄放電路。內(nèi)部電路由振蕩器、語音存儲單元、前置放大電路、抗干擾濾波器和輸出放大器組成 [10]。最小的錄放系統(tǒng)僅由一個麥克風(fēng)、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源和少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入 E2PROM永久存儲單元，具有零功率信息存儲功能，這個獨(dú)一無二的方法是借助于美國 ISD公司的專利 ——直接模擬存儲技術(shù)（ DAST TM）實(shí)現(xiàn)的。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進(jìn)入 E2PROM存儲器。直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)，不僅語音音質(zhì)優(yōu)美，而且具有斷電語音保護(hù)功能 [10]。 ISD1420采用 CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大、自動增益控制、防混淆濾波 器、揚(yáng)聲器驅(qū)動及 E2PROM陣列 [10]。在錄放音操作結(jié)束后，芯片自動進(jìn)入低功耗節(jié)電模式，功耗僅為 。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣直接存儲在片內(nèi)單個 E2PROM單元中，能夠非常真實(shí)、自然的再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)的效果，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 “金屬聲 ” [10]。此外， E2PROM單片可反復(fù)錄音十萬次。 （ 1） 特點(diǎn) [10]： ●所需外圍元件少，電路簡單，操作方便。 ●采用直接模擬量存貯技術(shù) DAST（ Direct Analog Strorage Technology），再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒有常見的背景噪聲。 ●零功率信息存貯，省掉備用電源。 ●信息可保存 10 年以上，可反復(fù)錄放達(dá) 10 萬次之多。 ●語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置。 ●較強(qiáng)的選址能力，可把存儲器分成 160 段來進(jìn)行管理。 ●具有自動省電模式，此時僅需 的保持電流。 ●單一電源供電。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 2） 電氣特性 [10]： ●工作電壓 VDD： 5V. ●靜態(tài)電流 ISTB：典型值 ，最大值為 2181。A. ●工作電流 IOP：典型值 15mA,最大值 30mA[10] 2． 引腳功能說明 下圖為 ISD1420 的 引腳圖 [10] 圖 ISD1420 引腳圖 表 各管腳功能表 名稱 管腳 功能 名稱 管腳 功能 A0~A5 1~6 地址 ANA OUT 21 模擬輸出 A A7 10 地址（ MSB） ANA IN 20 模擬輸入 VCCD 28 數(shù)字電路電源 AGC 19 自動增益控制 VCCA 16 模擬電路電源 MIC 17 麥克風(fēng)輸入 VSSD 12 數(shù)字地 MIC REF 18 麥克風(fēng)參考輸入 VSSA 13 模擬地 PLAYE 24 放音（邊沿觸發(fā)） SP+、 1 15 喇叭輸出 +、 REC 27 錄音 XCLK 26 外接定時器（可選） RECLED 25 發(fā)光二極管接口 NC 122 空腳 PLAYL 23 放音（電平觸發(fā)） 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 各管腳功能描述如下 [10]： （ 1） A0～ A7： 地址輸入端 。 ISD1420除 A3外 ，其余均為空腳 (NC)。 ISD1420的地址輸入端具有兩個功能： ① 作為信息地址線用 (A6或 A7為低電平 )； ②作為操作模選擇用 (A6和 A7均 為高電平 )。 （ 2） MIC： 駐極體話筒輸入端 。 此端 內(nèi)置 片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動增益控制電路（ AGC）將前置增 益控制在 15 至 24dB。 駐極體話筒通過電容 C將音頻信號耦合到該輸出端， C的電容值與該端內(nèi)阻 (10KΩ)決定 ISD1420通頻帶下限頻率。 （ 3） MIC REF： 駐極體話筒參考輸入端 。 此端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以 差分形式連接話筒時，可減小噪聲，提高共模抑制比。 （ 4） ANA IN： 模擬信號輸入端 。 該端經(jīng) C、 R與 ANA OUT端相連，語音通頻帶下限頻率取決于 C、 R和該端輸入阻抗 ()，除 MIC端，該端亦可作為模擬信號輸入端。 （ 5） ANA OUT： 來自駐極體話筒的輸入信號被放大輸出至該端，前 置放大器的電壓增益取決于 AGC電平，對于小信號輸入電平，其最大增益為 24dB。 （ 6） AGC： 自動增益控制端 。 AGC可動態(tài)地調(diào)整前置放大器增益，而且可擴(kuò)展加大 MIC輸入端的非失真信號的范圍。 AGC的響應(yīng)時間是由 AGC內(nèi)阻抗(5kΩ)和外部電容 C來決定的；釋放時間是 C和 R的 RC時間常數(shù)決定的。 （ 7） SP＋、 SP－ ： 喇叭輸出端 。 該端可直接驅(qū)動 16Ω以上 喇叭，可利用單端輸出驅(qū)動喇叭，也可采用雙端輸出驅(qū)動喇叭。雙端輸出信號的功率是單端的四倍。單端輸出則需要該腳與喇叭之間串接 100μF的交流耦合電容。 （ 8） XCLK： 外接時鐘振蕩端 。 該端在實(shí)際應(yīng)用中通常接地， 芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校， 保證了標(biāo)稱的最小錄音時間。商業(yè)級芯片在整個溫度各電壓范圍內(nèi)，頻率變化在 +%內(nèi) ,并保證最小錄放時間，所以有些芯片的錄放時間比標(biāo)稱的值稍大。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)， 頻率變化在 +5%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源 。 如果需要更高的計(jì)時精度，該端可外接時鐘電路。 （ 9） RECLED： 發(fā)光二極管接口 。 當(dāng)錄音時，該端輸出低電平，發(fā)光二極管LED亮。當(dāng)錄音停止或存儲器錄滿時， LED熄滅。 （ 10） PLAYE： 邊沿觸發(fā)放音控制端 。 當(dāng)該 端輸入一低脈沖，電路即進(jìn)入放音狀態(tài)，直到結(jié)束，電路自動進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。 （ 11） PLAYL： 電平觸發(fā) 放 音控制 端 。 當(dāng)該端電平變低并保持，電路進(jìn)入放2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 音狀態(tài)，放音結(jié)束后電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。 注： 放音過程中當(dāng)遇到 EOM 或內(nèi)存結(jié)束時，如果 /PLAYE 或 /PLAYL 仍處在高電平，芯片雖然也進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)（內(nèi)部震蕩器和時鐘停止工作），但是由于芯片沒有對 /PLAYE 和 /PLAYL 的上升沿進(jìn)行消顫，隨后在這兩個引腳 上出現(xiàn)的下降沿（例如釋放按鍵時的抖動）都會觸發(fā)放音。 （ 12） REC： 錄音觸發(fā)端 。 錄音期間該端必須一 直保持低電平 才有效 。 REC鍵優(yōu)先于 PLAYE或 PLAYL其中一個放音鍵。如果在放音期間，遇 REC接低電平，放音立即停止，自動進(jìn)入錄音狀態(tài)。 （ 13） VSSD、 VSSA： 數(shù)字地和模擬地 。 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線 。 （ 14） VCCD、 VCCA： 數(shù)字電路電源正端和模擬電路電源正端 。 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)量靠近芯片。 3. ISD1420 的操作模式 ISD1420 地址輸入 端具有雙重功能，根據(jù)地址中的 A A7 的電平狀態(tài)決定 A0～A7 的功能。如果 A A7 有一個低電平， A0～ A7 輸入全解釋為地址位，作為起始地址用，此時地址線僅作為輸入端，在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù) PLAYE、PLAYL 或 REC 的下降沿信號，地址輸入被鎖定。如果 A A7 同為高電平時，它們即為模式位。 使用操作模式有兩點(diǎn)要注意 [10]： （ 1） 所有初始操作都是從 0 地址開始。 0 地址是 ISD1420 存儲空間的起始端，后面的操作可模擬模式的不同，而從不同的地址開始工作。當(dāng)電路中錄放音轉(zhuǎn)換將進(jìn)入省電 狀態(tài)時，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。 （ 2） 當(dāng) PLAYE、 PLAYL或 REC變?yōu)榈碗娖?，同時 A A7為高電平時，執(zhí)行地址線所對應(yīng)的操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個低電平控制輸入信號出現(xiàn)為止。 表 操作模式簡表 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 操作模式可以與微控制器一起使用，也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。 A0：信息檢索（僅用于放音工作狀態(tài)）。不知道每個信息的實(shí)際地址， A0 使操作者快速檢索每條信息， A0 每輸入一個低脈沖，可使利內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器跳到下一個信息。這種模式僅用于放音工作，通常與 A4 操作同時應(yīng)用。 A1：用于刪除 EOM 標(biāo) 志（僅用于錄音工作狀態(tài)）。 A1 可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息，使用 A1 可刪除掉每段中間信息捷的 EOM標(biāo)志，僅在所有信息后留一個 EOM標(biāo)志。當(dāng)這個操作模式完成時，錄放的所有信息就作為一個連續(xù)的信息放出。 A3：用于循環(huán)重放信息（僅用于放音工作狀態(tài)）。 A3 可使存于存儲空間始端的信息自動地連續(xù)重放。一條信息可以完全占滿存儲空間，那么循環(huán)就可以眾頭至尾進(jìn)行工作，并由始至終反復(fù)重放。 A4：連續(xù)尋址。在正常操作中，當(dāng)一個信息放完，遇到一個 EOM標(biāo)志時，地址計(jì)數(shù)器就會復(fù)位。 A4可防止地址計(jì)數(shù)器復(fù)位，使得信息連續(xù)不斷地 放出。 當(dāng)芯片既非錄音又非放音時，將 A4 短暫拉低可使地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。 A A5：未用 。 4. 典型應(yīng)用電路圖 圖 典型應(yīng)用電路圖 上圖是 ISD1420 典型應(yīng)用電路圖，圖中的 “PLAYL”、 “PLAYE”鍵只需選接一個即可，地址輸入端 A0～ A7 有效值范圍為 00000000～ 10011111,這表明最多可被劃分為 160個存貯單元，可錄放多達(dá) 160 段語音信息。由 A0～ A7 決定每段語音的起始地址，而起始地址又直接反映了錄放的起始時間。 2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 為 ISD1420 分段原理圖 [12]： 圖 ISD1420 分段原理圖 圖中 A0～ A2 置為低電平，此時電路共分為四段。 A3～ A7 平時通過電阻 R6～ R13接至高電平，如果要將某一地址置低電平時，則在該位與地之間接一個隔離二極管。圖 5 中的各段的起始地址和時間安排如下： 第一段語音從 0 秒開始，地址設(shè)置為 00000000； 第二段語音從 2 秒開始，地址設(shè)置為 00010000； 第三段語音從 5 秒開始，地址設(shè)置為 00100000； 第四段語音從 12 秒開始，地 址設(shè)置為 01010000； ???????? 實(shí)際應(yīng)用時，可根據(jù)每段語音的起始時間，自行設(shè)置相應(yīng)的 A0～ A7 組合。錄放時，將 S5 打致 “REC” ，再按住 S1， LED 亮就開始錄音，錄音時間致 2 秒時就必須松一下 S1,否則下一段無效。錄制其它段的方法相同。分段放音時，先將 S5 打向“PLAY” ，中需按下相應(yīng)的 S1～ S4 鍵就可以播放出不需要接編碼隔離二極管，地址輸入端 A0～ A7 直接連 CPLD 控制芯片、計(jì)算機(jī)的 I/O 口。 音頻功率放大器的選擇 為了使系統(tǒng)報(bào)站時語音清晰響亮，本設(shè)計(jì)增加了音頻功率 放大器 LM386。 LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置2021 屆電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200[13]。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW,使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。 LM386 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式 [13]。 LM386 的外形和引腳的排列如圖所示 [13]。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10μF。 圖 LM386 的引腳圖 LM386 的電路特性 [12]： （ 1） 靜態(tài)功耗低，約為 4mA,可用于電池供電 ；