ISD2560语音芯片在排队机系统中的应用

摘要：详细介绍了Winbond公司生产的ISD2560语音芯片的引脚功能、操作模式以及具体使用方法，给出了用AT89C51与ISD2560构成的语音系统的硬件结构和软件设计方法。 关键词：单片机；ISD2560；语音芯片；ISD1425 目前，电脑语音服务的应用范围越来越广，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统以及公共汽车报站器等。而Ｗｉｎｂｏｎｄ公司生产的ＩＳＤ２５００系列语音芯片是具有较强功能的一种电脑语音录放器件，它能够应用在很多需要语音服务的场合。ＡＴ８９Ｃ５１是ＡＴＭＥＬ公司生产的性能良好、价格便宜的单片机。文中介绍了用ＡＴ８９Ｃ５１和ＩＳＤ２５６０构成的智能型排队机的语音部分，可实现语音的分段录取和组合回放，同时可通过修改软件实现整段或循环播放。本文重点介绍了用该电路来完成语音的组合播放等功能的实现方法。 ＩＳＤ２５６０是ＩＳＤ系列单片语音录放集成电路的一种。这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为６０ｓ，可重复录放１０万次。 该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个ＥＥＰＲＯＭ单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，从而避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。该器件的采样频率为８．０ｋＨｚ，同一系列的产品采样频率越低录放时间越长 但通频带和音质会有所降低。此外，ＩＳＤ２５６０还省去了Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器。其集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和４８０ ｋ字节的ＥＥＰＲＯＭ。ＩＳＤ２５６０内部ＥＥＰＲＯＭ存储单元均匀分为６００行，有６００个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为１００ ｍｓ。此外，ＩＳＤ２５６０还具备微控制器所需的控制接口。通过操纵地址和控制线可完成不同的任务，以实现复杂的信息处理功能，如信息的组合、连接、设定固定的信息段和信息管理等。ＩＳＤ２５６０可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。 １ ＩＳＤ２５６０的引脚功能 ＩＳＤ２５６０具有２８脚ＳＯＩＣ和２８脚ＰＤＩＰ两种封装形式。图１所示是其引脚排列。各引脚的主要功能如下： 电源（ＶＣＣＡ，ＶＣＣＤ）：为了最大限度的减小噪声，芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上。模拟和数字电源端最好分别走线，并应尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容则应尽量靠近芯片。 地线（ＶＳＳＡ，ＶＳＳＤ）：由于芯片内部使用不同的模拟和数字地线，因此，这两脚最好通过低阻抗通路连接到地。 节电控制（ＰＤ）：该端拉高可使芯片停止工作而进入节电状态。当芯片发生溢出即ＯＶＦ端输出低电平后，应将本端短暂变高以复位芯片；另外，ＰＤ端在模式６下还有特殊的用途。 片选（ＣＥ） ：该端变低且ＰＤ也为低电平时，允许进行录、放操作。芯片在该端的下降沿将锁存地址线和Ｐ／ Ｒ端的状态；另外，它在模式６中也有特殊的意义。 录放模式（Ｐ／ Ｒ）：该端状态一般在ＣＥ的下降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，直到录音持续到ＣＥ或ＰＤ变高，或内存溢出；如果是前一种情况，芯片将自动在录音结束处写入ＥＯＭ标志。放音时，由地址端提供起始地址，放音持续到ＥＯＭ标志。如果ＣＥ一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音则会忽略ＥＯＭ而继续进行下去，直到发生溢出为止。 信息结尾标志（ＥＯＭ）：ＥＯＭ标志在录音时由芯片自动插入到该信息段的结尾。当放音遇到ＥＯＭ时，该端输出低电平脉冲。另外，ＩＳＤ２５６０芯片内部会自动检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于３．５Ｖ时，该端变低，此时芯片只能放音。在模式状态下，可用来驱动ＬＥＤ，以指示芯片当前的工作状态。 图2 溢出标志（ＯＶＦ）：芯片处于存储空间末尾时，该端输出低电平脉冲以表示溢出，之后该端状态跟随ＣＥ端的状态，直到ＰＤ端变高。此外，该端还可用于级联多个语音芯片来延长放音时间。 话筒输入（ＭＩＣ）：该端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（ＡＧＣ）可将增益控制在－１５～２４ｄＢ。外接话筒应通过串联电容耦合到该端。耦合电容值和该端的１０ｋΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。 话筒参考（ＭＩＣ ＲＥＦ）：该端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，并提高共模抑制比。 自动增益控制（ＡＧＣ）：ＡＧＣ可动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，这样在录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时就能保持最小失真。响应时间取决于该端内置的５ｋΩ电阻和从该端到ＶＳＳＡ端所接电容的时间常数。释放时间则取决于该端外接的并联对地电容和电阻设定的时间常数。选用标称值分别为４７０ｋΩ和４．７μＦ的电阻、电容可以得到满意的效果。 模拟输出(ＡＮＡ ＯＵＴ)：前置放大器输出。其前置电压增益取决于ＡＧＣ端电平。 模拟输入(ＡＮＡ ＩＮ)：该端为芯片录音信号输入。对话筒输入来说，ＡＮＡ ＯＵＴ端应通过外接电容连至该端，该电容和本端的３ｋΩ输入阻抗决定了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至该端。 扬声器输出（ＳＰ＋、ＳＰ－）：可驱动１６Ω以上的喇叭（内存放音时功率为１２．２ｍＷＡＵＸ ＩＮ放音时功率为５０ｍＷ）。单端输出时必须在输出端和喇叭间接耦合电容而双端输出则不用电容就能将功率提高至４倍。 图3 辅助输入(ＡＵＸ ＩＮ)：当ＣＥ和Ｐ／ Ｒ为高，不进行放音或处入放音溢出状态时该端的输入信号将通过内部功放驱动喇叭输出端。当多个ＩＳＤ２５６０芯片级联时后级的喇叭输出将通过该端连接到本级的输出放大器。为防止噪声建议在存放内存信息时该端不要有驱动信号。 外部时钟(ＸＣＬＫ)：该端内部有下拉元件，不用时应接地。 地址／模式输入（ＡＸ／ＭＸ） ：地址端的作用取决于最高两位（ＭＳＢ，即Ａ８和Ａ９）的状态。当最高两位中有一个为０时，所有输入均作为当前录音或放音的起始地址。地址端只作输入，不输出操作过程中的内部地址信息。地址在ＣＥ的下降沿锁存。当最高两位全为１时，Ａ０～Ａ６可用于模式选择。 ２　操作模式 由于ＩＳＤ２５６０内置了若干种操作模式，因而可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制；当最高两位都为１时，其它地址端置高可选择某个（或某几个）特定模式。因此操作模式和直接寻址相互排斥。具体操作模式见表１所列。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。使用操作模式要注意两点：（１）所有操作最初都是从０地址即存储空间的起始端开始。后续的操作根据选用的模式可从其它地址开始。但是，电路由录转放或由放转录（Ｍ６模式除外），或都执行了掉电周期后，地址计数器将复位为０。（２）当ＣＥ变低且最高两地址位同为高时，执行操作模式。这种操作模式将一直有效，直到ＣＥ再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址／模式端电平并执行相应的操作为止。 表1 操作模式简表 模 式 功 能 典 型 应 用 可组合使用的模式 M0 信息检索 快进入信息 M4、M5、M6 M1 删除WOM 在最后一条信息结束处放EOM M3、M4、M5、M6 M2 未用 保留 N/A M3 循环 从0地址连续放音 M1、M5、M6 M4 连续寻址 录放连续的多段信息 M0、M1、M5 M5 CE电平有效 允许暂停 M0、M1、M3、M4 M6 按键模式 简化外围电路 M0、M1、M3 ３ 基于ＩＳＤ２５６０的语音播放电路设计 ３．１ 系统硬件电路 图２所示为ＩＳＤ２５６０与ＡＴ８９Ｃ５１连接示意图。图中，单片机系统的晶振Ｙ１为１１．０５９３ＭＨｚ，ＥＯＭ直接接到Ｐ１．７，ＰＤ接到Ｐ１．６， ＣＥ接到Ｐ３．６，ＸＣＬＫ接地。ＳＮ７４ＨＣ５７３是地址锁存器，ＬＭ３８６Ｎ－１为音频功率放大器。本系统中的语音芯片工作在放音状态下，其片内的信息可通过专用的ＩＳＤ１４２５高级语音编程拷贝机拷贝，因此放音质量非常好，也可以通过它来读取每段语音的存储地址。图３所示是ＩＳＤ２５６０的放音时序图。 ３．２ 系统软件设计 基于ＩＳＤ２５６０的语音系统软件设计流程图如图４所示。假设要播放的语音段有２０段，那么，把一个数送到ＤＰＴＲ对应的地址中去时，必须先等待语音芯片的ＥＯＭ脚电平变低，然后再等待ＥＯＭ脚电平变高，才可以继续读其它段的内容；否则会出现“啪啪”声。另外，也可以在各段语音的后面加一些适当的延时。 ４　结束语 ＩＳＤ２５６０语音芯片在语音录放系统中的实际应用效果非常好，而且编程也比较简单，与其它一些数字语音芯片相比，ＩＳＤ２５６０的突出特点是放音效果极佳，能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，另外，使用该芯片也可自己设计电路实现录音操作，使用十分方便。