ISD33000型語音芯片及其應用

引言

語音記錄芯片有很多種，但美國ISD公司的ISD系列芯片倍受廣大用戶的青睞，它采用直接模擬存儲專利技術，把語音信號以原始的模擬形式直接存儲在片內的EEPROM存儲器中，無需進行A/D轉換和壓縮處理，沒有大多數固態數字化聲音存儲技術對聲音質量的影響，從而減少了失真，大大提高了錄放音質量，并具有抗斷電、音質好、使用方便、可反復錄放，無需專用的語音開發工具，能隨意更改內容和耗電省等優點，很適合于現場錄放音系統。

ISD系列語音記錄芯片廣泛應用于自動化通信系統、移動電話、智能儀器及其他需要語音提示的各種電子產品中。本文介紹了ISD33180在一種可以進行心音記錄的電子聽診器中的應用。

ISD33000的介紹

ISD33120/150/180/240系列是采用3伏電源供電的單片語音錄/放設備，可存儲2.0、2.5、3.0至4分鐘的語音信息。四種型號的不同錄放時間是靠不同的輸入采樣率來實現的，他們分別是8.0、6.4、5.3、4.0kHz。該CMOS工藝芯片包含一個內部時鐘振蕩器、抗混迭濾波器、平滑濾波器、自動選擇器、音頻放大器和高密度多層存儲陣列。ISD33000系列的EEPROM的容量都為960K，可存儲800行語音信息。

ISD33000系列具有TSOP和DIP/SOIC兩種封裝形式，如圖1所示。

圖1 ISD33000系列封裝圖

SS 片選信號(低電平允許芯片工作)；
MOSI 串行數據輸入端；
MISO 串行數據輸出端；
SCLK 串行時鐘信號；
VCCA、VCCD模擬和數字電路電源端；
VSSA、VSSD模擬地和數字地；
AUD OUT 音頻信號輸出端，可驅動5kΩ負載；
AM CAP 自動靜噪控制端；
ANA IN-、ANA IN+ 模擬信號輸入端，模擬信號可以采用單端輸入和差分輸入兩種方式；
RAC 行尋址時鐘，當達到存儲器每一行的末尾時該引腳保持137.5ms的高電平和12.5ms的低電平，可用于信息管理；
INT 中斷端(低電平有效)；
XCLK 外部時鐘輸入端。

一組四線(SCLK，MOSI，MISO，SS)SPI接口提供了ISD33000系列的控制和尋址功能。ISD33000系列產品的構成就如在操作一個基于微控制器SPI總線接口的外圍設備。對于所有的內部記錄器的讀寫允許操作都是通過SPI接口實現的。數據轉換方面的約定是，微控制器的SPI轉換鎖存器在SCLK的下降沿處鎖定，對于ISD33000設備，MOSI引腳上的數據在SCLK的上升沿處被鎖定，內部數據在SCLK的下降沿處被鎖定輸出到MISO引腳上。中斷信號(INT)和內部的只讀狀態記錄器是為了提供握手信號的目的?？刂莆缓偷刂肺坏姆植既缦拢骸?位控制位〉和〈11位地址位〉。需要說明的是ISD33120/150/180/240設備只需要10位地址位，但為了錄音時間更長產品的需要保留了第11位。對于每一個以EOM和OVF結束的操作，包括信息檢索周期，都將產生一個中斷。這個中斷將在下一個SPI周期有效時被清除。

應用舉例

所設計的電子聽診器對拾取心音的操作與普通的錄音機相似，可以播放、記錄，還可以在各段記錄間搜索。這里采用89C51型單片機作為語音芯片的控制器，用戶的意圖通過按鍵來表達。

各指令與控制位的關系如表1所示。ISD33000設備啟動要經過TPUD時間后才可進行操作(對于采樣頻率位8kHz的產品來說，約為25ms)。用戶在發出操作命令之前要等待TPUD的時間。以播放操作為例，從地址address開始的播放操作應按下述的步驟進行：

發出POWERUP命令；

等待TPUD時間(啟動延遲時間)；

發出從地址address的SETPLAY命令；

發出PLAY命令。

當發現EOM標記時產生一個中斷，然后停止播放操作。

該應用中單片機的P1端口設計為人機接口，P2端口為單片機與語音芯片的通訊口。P1口的按鍵依次為：K1鍵為播放記錄選擇鍵(P/R)；K2鍵為開始鍵(START)；K3鍵為停止鍵(STOP)；K4鍵為前倒鍵(PRE)；K5鍵為后倒鍵(NEXT)，其中K1鍵為撥動開關，其余各鍵均為不可自鎖的按鍵，發出脈沖信號。P2口依次連接33180的SCLK、MOSI、MISO、SS和RAC引腳，在記錄操作期間，存儲的信息達到存儲陣列的每一行末尾時，RAC端會發出長度一定的高脈沖，單片機此時將地址變量加一，記錄語音芯片的地址信息。在每段語音信息的末尾，語音芯片會發出一個中斷，將該中斷信號送入單片機外部中斷0的輸入端。

在沒有要求單片機工作之前，單片機處于循環查詢狀態，一旦P1端口的K2、K4、K5、K6鍵有信號發出，指針表會跳轉至各自子程序執行相應的操作。以播放操作子程序為例，先后向語音芯片發出POWERUP命令,SETPLAY命令和PLAY命令，然后進入等待狀態查詢P1.2端口STOP鍵是否有觸發，如有觸發則終止播放操作，進入循環查詢部分。播放操作的正常結束是通過外部中斷0的中斷子程序。

播放子程序清單：

PLAY: MOV OISTO1, #20H

LCALL TRANS ；發出POWERUP命令

MOV TMOD , #01H

MOV DPTR ,#25536

MOV TH0, DPH

MOV TL0, DPL

SETB TR0

JNB TF0，$ ；等待TPUD40ms時間

MOV OISTO, PFROM

MOV OISTO1, PFROM1

；讀取播放記錄的首地址

ANL O

 

ISTO1, #07H

ORL OISTO1, #0E0H

LCALL TRANS ；發出SETPLAY命令

ORL OISTO1, #0F0H

LCALL TRANS ；發出PLAY命令

MOV IE, #81H

HERE: JB P1.2, OVER ；如果要求中止則結束

SJMP HERE

OVER: MOV OISTO1, #10H

LCALL TRANS；發出STOPPWRDN命令

LJMP SELECT

INTX0: MOV IE, #0

LJMP OVER ；播放結束返回

RETI

注：

TRANS 為單片機與語音芯片的通訊子程

OISTO和OISTO1為存儲控制位和地址的寄存器

SELECT 為循環查詢子程

INTX0為中斷子程

其他記錄子程序，前倒子程序和后倒子程序與播放的程序相似，在此不再贅述。 ISD33000使用中應注意的幾個問題