【文章內(nèi)容簡介】 圖24 RAC周期外部時鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級 芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化 在6/+4%內(nèi),此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度,可從本端輸入外部時鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部 的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要,因內(nèi)部首 先進(jìn)行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。自動靜噪(AMCAP) 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這樣有 助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接 1mF 的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部 分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時,自動靜噪電路不 衰減,靜音時衰減 6dB。1mF 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接 VCCA 則禁止自動靜噪。 SPI（串行外設(shè)接口）ISD4004工作于SPI串行接口。SPI 協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的 SPI 移 位寄存器在 SCLK 的下降沿動作,因此對 ISD4004 而言,在時鐘止升沿鎖存 MOSI 引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至 MISO 引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于 SS 下降沿。 SS 在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入,在下降沿移出。SS 變低,輸入指令和地址后,ISD 才能開始錄放操作。指令格式是(8 位控制碼)加(16 位地址碼)。ISD 的任何操作(含快進(jìn))如果遇到 EOM 或 OVF,則產(chǎn)生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始時被清除。使用讀指令使中斷狀態(tài)位移出 ISD 的 MISO 引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從 MOSI 端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然,也允許在一個 SPI 周期里,同時執(zhí)行讀狀 態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)。所有操作在運行位(RUN)置 1 時開始,置 0 時結(jié)束。所有指令都在 SS 端上升沿開始執(zhí)行。 信息管理在采用本模塊的擬人機器人語言交互系統(tǒng)中，若干條語音按順序分別被錄入到芯片，并將其編程為3等。DSP可以通過SPI接口獲得每次錄音結(jié)束時的ISD內(nèi)部信息指針，據(jù)此構(gòu)建一個信息地址表（MAT），并將此表存入Flash Memory中，作為以后錄放、刪除操作時信息管理的依據(jù)。ISD4004內(nèi)部存儲器分為2400行，每行1600列。對器件尋址即選擇一行，從行首開始錄放，而每行中的列不可尋址。對于8kHz采樣率的ISD4004，采樣間隔為125μs。器件地址分辨率可按如下計算：(1/Fs)1600=200ms由于ISD4004內(nèi)部可尋址多達(dá)2400行，而每行固定存儲200ms語音，為了可錄放、刪除任意長度的語音，有必要建立MAT。MAT跟蹤每一條語音的開始地址以及每一個信息碎塊的開始結(jié)束地址。ISD4004共2400行，實際只需要12位地址即可完成尋址。為節(jié)省MAT存儲空間，將地址最高位bit15作為語音起始點標(biāo)志。建立MAT的規(guī)則如下：MAT表項值全為0（0000 0000 0000 0000）：表示對應(yīng)行未存儲任何語音；MAT表項值的bit15為1（1XXX XXXX XXXX XXXX），表示對應(yīng)的是某句語音的起始行；MAT表項值的bit15為0，其余各位是有效地址（0XXX XXXX XXXX XXXX），表示對應(yīng)的行是某句語音的一行，但不是起始行；ISD的第一行總是某句語音的起始行。同一句語音的地址在MAT中總是連續(xù)存儲的。由若干行組成的句語音，它的各行地址總是從小到大，但不一定兩兩相連。以行地址為表項的MAT，所要求的存儲空間是較大的。本例中為2400行語句，則要求MAT具有2400個表項。為了減小MAT大小，也可對語音進(jìn)行分塊。若8以位為一個語音塊，則MAT大小減小為300個表項。經(jīng)過幾次錄音和刪除手，建立的MAT如表1所示。表1 MAT實例MATbit15實際行地址句1000 0000 0000 000010000 0000 0000 000010000 0000 0000 000100000 0000 0000 00010000 0000 0000 000200000 0000 0000 00021000 0000 0000 000310000 0000 0000 000320000 0000 0000 000500000 0000 0000 00050000 0000 0000 000600000 0000 0000 00061000 0000 0000 000410000 0000 0000 000440000 0000 0000 000700000 0000 0000 00070000 0000 0000 000800000 0000 0000 0008放音時，DSP從MAT表頭開始搜索bit15為1的表項。要播放第幾條語句，則尋找第幾個bit15為1的表項。由于RAC的周期和器件的行相同，且其低脈沖時間長達(dá)25ms，在播放當(dāng)前行語音的同時，RAC觸發(fā)DSP的INT3中斷。INT3中斷服務(wù)程序驗證下一行bit15是否為1，若不為1則將該行地址送入ISD，則輸入的地址不會立刻生效，而是在緩沖器中等待當(dāng)前結(jié)束；若為1則指示下一行為新語句開始地址，DSP不送任何指令。放音遇到EOM或者OVF時產(chǎn)生INT中斷，停止放音。錄音時，按K2鍵啟動錄音操作，DSP首先找出MAT中的個全0行，發(fā)錄音指令；在錄制當(dāng)前行的同時，DSP等待RAC信號觸發(fā)INT3中斷，中斷服務(wù)程序繼續(xù)尋找全0行、發(fā)帶該行地址的錄音指令，直到按STOP鍵觸發(fā)INT0中斷發(fā)錄音停止命令為止。刪除語音可通過將相應(yīng)語音行全置零來完成。本文詳細(xì)闡述了TMS320VC5402 DSP與ISD4004語音錄放芯片的SPI接口設(shè)計、ISD4004的語音信息管理以及DSP與ISD4004之間的通訊與控制程序算法的設(shè)計。該模塊作為擬人機器人語音互系統(tǒng)的語音應(yīng)答模塊，可以對機器人識別的命令語音進(jìn)行相應(yīng)的實時應(yīng)答。 ISD4004與DSP的SPI時序配合根據(jù)ISD4004的時序要求，DSP設(shè)置串口為SPI工作模式，發(fā)送數(shù)據(jù)先于串行時鐘半個周期建立、數(shù)據(jù)在時鐘上升沿發(fā)送。ISD接收命令字的方式是先地址后命令，且位序從低到高；而DSP發(fā)送數(shù)據(jù)方式是先高位后低位，故在DSP發(fā)送程序中須將待送地址和命令進(jìn)行高低位對調(diào)。串行時鐘（SCLK）由DSP主時鐘產(chǎn)生。在DSP運行于10MHz時，設(shè)置時鐘分頻因子為255，得到約40kHz的串行傳輸時鐘，適應(yīng)ISD4004相對慢速的要求。DSP串口SPI方式數(shù)據(jù)傳輸時序如圖25所示。ISD4004的RAC管腳（行地址時鐘）用于指示錄放操作已經(jīng)接近一行的末發(fā)展。RAC在行末前25ms變低，在到達(dá)行末時變高，DSP將它作為中斷INT3的中斷源，指示錄放操作進(jìn)行到何處；INT管腳在遇到EOM標(biāo)志和OVF溢出時向DSP發(fā)中斷，DSP將它作中斷INT2的中斷源，用來指示是否到達(dá)一段信息的末尾。按下NUM鍵觸發(fā)INT1中斷開始錄音，按下STOP鍵觸發(fā)INT0中斷終止錄音。放音時按下NUM即開始，遇以語句EOM時自動停止放音。 圖25 DSP串口與SPI時序圖ISD4004語音芯片具有能夠準(zhǔn)確控制語音錄放地址的功能，這種功能使我們能夠方便靈活地對語音信 息進(jìn)行處理以達(dá)到我們對語音信息的要求。例如，我們可以利用軟件編程的方法實現(xiàn)對語音信息的剪輯、合成等操作來達(dá)到我們對語音信息特殊的要求。還有，我們可以通過程序控制做到語音的定時放音和循環(huán) 放音。若干條信息按順序分別錄入到芯片內(nèi)，比如稱其為a,b,c,d信息。我們需要知道每一時刻的錄音信息在芯片存儲器中所處的位置，這樣有利于我們實時地監(jiān)控ISD4004語音芯片工作的位置，從而能夠知道所錄的每段信息的開頭和結(jié)尾的準(zhǔn)確地址，便于我們對已錄入的信息進(jìn)行管理。下面以ISD40048MP為例來說明如何利用硬件結(jié)構(gòu)尋址。ISD40048MP 內(nèi)置了特殊的信息尋址機制，即行地址時鐘(以下簡稱RAC)。為了理解其工作原理，有必要先介紹器件的存儲結(jié)構(gòu)。ISD4004的存儲器分為2400行。對器件尋址，就是選擇一行，從行首開始錄、放操作，而每行中的各列是不可尋址的。每一行的所有操作都從第一列開始。ISD40048MP 每一行周期為200ms,這就是器件的地址分辨率。其中每行有175ms的高電平，25ms的低電平。每個錄放周期都從這200ms的“語音存儲塊”的塊首開始，還以ISD40048MP為例，RAC在行末前25ms變低，在恰好到達(dá)行末時變高,這就類似一個時鐘，幫助你確定錄放操作已到何處。這個時鐘相對于微控制器的速度來說較慢，上例為200ms。因此，微控制器很容易通過軟件查詢RAC的方法來確定何時已到達(dá)行末。但由于微處理器的查詢速度相對于RAC時鐘頻率要快得多，所以，如果通過查詢的方法檢測RAC 每個周期的低電平時，在上一次檢測到RAC低電平時必須要經(jīng)過一段延時才能再檢測RAC，這樣檢測到的低電平才是有效的,這段延時可以說是“假延時”。延時的時間必須大于RAC低電平的時間，而小于RAC的周期。我們可以利用一個計數(shù)器對RAC引腳進(jìn)行計數(shù)，并且通過LED顯示器實時地把計數(shù)器的值顯示出來，這樣我們不但可以知道錄入的每段信息的開頭和結(jié)尾的地址，而且還可以知道每段信息之中特定內(nèi)容的地址，從而可以建立地址表對信息進(jìn)行剪輯、合成等處理達(dá)到對語音信息特定的要求。同樣，在放音時我們也可以實現(xiàn)對語音信息的準(zhǔn)確放音。只需把事先編輯好的語音信息的準(zhǔn)確地址傳送到ISD4004的控制口就可以實現(xiàn)指定地址的放音。如果需要的話，我們還可以對ISD4004的放音地址進(jìn)行實時的監(jiān)控，其方法與錄音時類似 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 圖 31 系統(tǒng)硬件接口框圖語音錄放系統(tǒng)主要是通過DSP來控制語音芯片ISD4004來實現(xiàn)語音的錄放的功能。在錄音模式下，語音信號，即聲波信號，通過麥克風(fēng)，將其轉(zhuǎn)換成電信號。但此時的電信號很微弱，需要經(jīng)放大電路，放大語音信號。由于電路中可能存在高頻分量，信號經(jīng)過帶通濾波器，以濾除語音頻帶以外的噪聲。最后，ISD4004采樣得到的語音信號相對“干凈”。在語音播放的模式下，單片機向ISD4004發(fā)送播放的地址和語音播放指令后，便可以播放相應(yīng)段的語音。為了使播放的語音依然“干凈”，本系統(tǒng)依然設(shè)置了一個濾波電路。由于ISD4004不能驅(qū)動一塊喇叭，需要在濾波電路添加一個功率放大電路，在本系統(tǒng)中，采用的是LM386語音驅(qū)動電路。如圖32所示， 圖 32 硬件電路圖語音芯片ISD4004輸出的電壓只有毫伏級，難以驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。本系統(tǒng)采用采用LM386功率放大器，以提高揚聲器的驅(qū)