基于ISD2560語音芯片的錄放電路設(shè)計(jì)

0 引言

ISD系列語音電路是美國ISD(InformationStorage Device)公司的專利新產(chǎn)品，該器件打破了傳統(tǒng)的先A／D再D／A模式，而采用獨(dú)特的直接存儲(chǔ)模擬信號技術(shù)，從而大大提高了存儲(chǔ)密度，并且可將模擬信號永久保存。ISD系列電路以其音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等眾多優(yōu)點(diǎn)已在語音應(yīng)用領(lǐng)域確立了其不可爭辯的地位，目前，它已在通訊設(shè)備、智能儀表、治安報(bào)警、語音報(bào)站、報(bào)數(shù)報(bào)價(jià)、語音講解、語音記錄、語音復(fù)讀、教學(xué)儀器、智能玩具、電子禮品等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

本文用單片機(jī)89C2051和ISD2560設(shè)計(jì)了一款微電腦語音板，從而實(shí)現(xiàn)了語音的分段錄取和組合回放。也可通過修改軟件來實(shí)現(xiàn)整段錄取和循環(huán)播放。本產(chǎn)品可作為語音服務(wù)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，而不必使用專門的ISD語音開發(fā)設(shè)備。

1 ISD2560的語音錄放電路構(gòu)成

ISD2500系列語音芯片可通過SPI協(xié)議方便地與CPU接口。本文用ISD2560芯片構(gòu)成的單片機(jī)通用開發(fā)板采用國內(nèi)最常用的MCS-51語言單片機(jī)89C51，來與ISD2500系列語音芯片相結(jié)合，可供用戶開發(fā)各種新型智能型數(shù)碼語音產(chǎn)品。

該開發(fā)板上已裝配好的器件包括：

◇AT89C2051單片機(jī)，該器件內(nèi)含8031內(nèi)核、4 KB可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器，以及32條I／O口，并采用5 V電壓工作；

◇ISD2560語音芯片，采用音質(zhì)優(yōu)異的模擬存儲(chǔ)技術(shù)，可反復(fù)錄放60秒；

◇LM386功率放大器，具有0.5 W驅(qū)動(dòng)能力；

AT24C01(選配件)I2C總線串行存儲(chǔ)器；

此外，板上還有駐極體話筒(MIC)、話筒放大器、音量電位器、發(fā)光管等部件。當(dāng)板子工作時(shí)，該板的外接電源電壓為12 V(穩(wěn)壓)，外接喇叭為4～16 Ω／0.5 W，工作電流在錄音時(shí)為25～30mA，在放音時(shí)為50～80 mA，靜態(tài)電流為13 mA，同時(shí)隨板提供有演示程序功能等配套軟件。

2 ISD2560與單片機(jī)的接口電路

ISD2560的A0～A9為地址線，它共有1024種組合狀態(tài)。最前面的600個(gè)狀態(tài)通常作內(nèi)部存儲(chǔ)器的尋址用，最后256個(gè)狀態(tài)用作操作模式。本系統(tǒng)采用對地址直接進(jìn)行操作的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在本系統(tǒng)與微處理器的接口中，P／R錄放音控制端在高電平時(shí)，為放音狀態(tài)，低電平時(shí)為錄音狀態(tài)；P3.5、P3.7端用于錄放音時(shí)的啟?？刂疲ǔＥcP／R端配合使用；P3.4端為每段信息結(jié)束信號輸出端，該信號為負(fù)向信號，時(shí)間為12.5ms，其上升沿標(biāo)志信息結(jié)束。

系統(tǒng)中的MIC是話筒前置放大器輸入端；MIC REF為話筒補(bǔ)償端，AGC為自動(dòng)增益控制端；ANA IN與ANA OUT是模擬信號的輸入和輸出端，它們之間連接的耦合電容通常取值為0.22～1μF。

本系統(tǒng)中基于ISD2560的語音錄放電路如圖1所示。一般情況下，可將單片機(jī)的P1口、P3.4和P3.5與ISD2560的地址線相連，用以設(shè)置語音段的起始地址。P3.0～P3.3用以控制錄放音狀態(tài)。P3.7為擴(kuò)展錄音鍵，可供錄音時(shí)使用。

3 系統(tǒng)工作原理及程序設(shè)計(jì)

ISD2560雖然提供有地址輸入線，但它的內(nèi)部信息段的地址一般無法讀出。因此，通常使用不需要知道地址的操作模式。但要讀出ISD2560內(nèi)部信息地址，就需要專用的ISD開發(fā)設(shè)備，而這些設(shè)備的價(jià)格比較昂貴。為此，本系統(tǒng)采用單片機(jī)來控制。該方法不需讀出信息地址，而是直接設(shè)置信息段起始地址。該設(shè)想的實(shí)現(xiàn)方式有多種。第一種方式由于ISD2560的地址分辨率為100ms，所以，可用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)100 ms，然后再利用一計(jì)數(shù)器對單片機(jī)定時(shí)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就是語音段所占用的地址單元。該方式能充分利用ISD2560內(nèi)部的EEPROM，故在字段較多時(shí)可利用該方法；而如果語音字段較少，則可用第二種方式：即根據(jù)每一字段的內(nèi)容多少直接分配地址單元。一般按每1 s說3個(gè)字計(jì)算，60 s可以說180個(gè)字，然后再根據(jù)ISD2560的地址分辨率為100 ms，計(jì)算出語音段所需的地址單元數(shù)。本系統(tǒng)即采用該方式。

3.1 AT89C2051對ISD2560的錄放音控制

錄音時(shí)，先按下錄音鍵，由單片機(jī)通過口線設(shè)置語音段的起始地址，再使PD端、P／R端和其它相關(guān)端口為低電平以啟動(dòng)錄音；錄音結(jié)束，單片機(jī)又讓這些端口回到高電平，以完成一段語音的錄制。然后以同樣的方法，也可錄取第二段、第三段、等等。值得注意的是，錄音時(shí)間一般不能超過預(yù)先設(shè)定的每段語音的時(shí)間。

放音時(shí)，可根據(jù)需播放的語音內(nèi)容，找到相應(yīng)的語音段起始地址，并通過接口線送出。然后將P／R端設(shè)為高電平，PD端設(shè)為低電平，并讓其產(chǎn)生一負(fù)脈沖以啟動(dòng)放音，這時(shí)單片機(jī)只需等待ISD2560的信息結(jié)束信號(即EOM的產(chǎn)生)。由于該信號為一負(fù)脈沖，且在負(fù)脈沖的上升沿，該段語音才播放結(jié)束，所以，單片機(jī)必須要檢測到該上升沿，才能播放第二段，否則，播放的語音將不連續(xù)，而且會(huì)產(chǎn)生啪啪聲，這一點(diǎn)在編制軟件時(shí)一定要注意。圖2所示是其錄放音程序框圖。

其具體的操作方法如下：

(1)錄音

將跳線插在“REC”一側(cè)，即為錄音狀態(tài)，按下“REC”鍵，指示燈亮，即可對著板上話筒講話錄音，松鍵時(shí)，錄音停止并形成一段。再次按下，則錄下一段。操作時(shí)，按“STOP”鍵為復(fù)位，再錄音時(shí)，又將從第一段開始。

(2)放音

將跳線插在“PLAY”一側(cè)，為放音狀態(tài)，此后，按一下“PLAY”鍵即播放一段，一段結(jié)束后自動(dòng)停止放音，再按“AN”，則播放下一段。操作過程中，按“STOP”鍵為復(fù)位，再放音時(shí)，又將從第一段開始。

3.2  程序設(shè)計(jì)

本程序是以AT89C2051為ISD2560的控制器，晶振頻率為12 MHz來編寫的。

下面給出錄取語音信息的錄音程序以及對這段語音進(jìn)行播放的源程序。實(shí)際上，播放時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況組合回放。需要時(shí)，還可對該程序進(jìn)行擴(kuò)充。其ISD2560語音錄放系統(tǒng)程序如下：

此后，在錄音時(shí)，第一次按錄音鍵即開始錄音，第二次按錄音鍵表示暫停(即保存，設(shè)置EOM)。暫停錄音后，按放音鍵，可從地址指針為0處開始放音。錄音時(shí)，可通過PD(引腳P3.1)端的高脈沖來停止錄音。

播放時(shí)，第一次按播放鍵即開始播放。播放過程中，再次按播放鍵則可暫停，第三次按播放鍵可以在暫停處繼續(xù)播放。如在第二次播放鍵按下后，再按錄音鍵，則可從暫停處開始錄音。播放中，可通過PD(引腳P3.1)端產(chǎn)生的高脈沖來停止播放，同時(shí)將地址指針復(fù)位到0。播放中沒有PD高脈沖，則一直播放下去，直到遇到芯片溢出處時(shí)，再返回地址指針為0處，開始循環(huán)播放。

下面是其錄音子程序：

系統(tǒng)的播放子程序如下：

停止錄音或播放子程序如下：

系統(tǒng)初始化程序：

10ms的延時(shí)程序：

30ms的延時(shí)程序：

120 ms的延時(shí)程序：

4 結(jié)束語

本語音錄放電路具有結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，調(diào)整方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際使用證明。該系統(tǒng)能夠滿足正常語音錄放要求。而且，通過適當(dāng)調(diào)整，也可以用于其它語音錄放的場合。