ISD33000型語音芯片及其在心音記錄方面的應用
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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。
圖1 isd33000系列封裝圖
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。
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。控制位和地址位的分布如下：〈5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。
表1 控制位摘要 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 oisto1, #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
·isd器件的音頻信號輸出功率很小，并不能直接驅動揚聲器，需要加音頻功放，如lm386。同時isd送出的信號需通過電容耦合，隔離直流分量，以免其飽和。
·應注意rac端口，每完成一行的錄音、放音及搜索操作，該端口輸出一個正脈沖。單片機檢測到此正脈沖，對應當前的行地址，可用于對錄放信息的精確定位。
·當中斷數據從isd33000設備的miso引腳移出時，控制位和地址位同時移入mosi引腳。所以應注意傳送的數據是否符合當前系統的操作。
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