ISD4004

ISD4004簡介

　　ISD4004 系列工作電壓3V，單片錄放時間8 至16 分鐘，音質好，適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片采用CMOS 技術，內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。

　　簡述

　　●單片8 至16 分鐘語音錄放

　　●內置微控制器串行通信接口

　　●3V 單電源工作

　　●多段信息處理

　　●工作電流25-30mA，維持電流1μA

　　●不耗電信息保存100 年（典型值）

　　●高質量、自然的語音還原技術

　　●10 萬次錄音周期（典型值）

　　●自動靜噪功能

　　●片內免調整時鐘，可選用外部時鐘

ISD4004百科

　　ISD4004 系列工作電壓3V，單片錄放時間8 至16 分鐘，音質好，適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片采用CMOS 技術，內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。

　　簡述

　　●單片8 至16 分鐘語音錄放

　　●內置微控制器串行通信接口

　　●3V 單電源工作

　　●多段信息處理

　　●工作電流25-30mA，維持電流1μA

　　●不耗電信息保存100 年（典型值）

　　●高質量、自然的語音還原技術

　　●10 萬次錄音周期（典型值）

　　●自動靜噪功能

　　●片內免調整時鐘，可選用外部時鐘

　　ISD4004 系列工作電壓3V，單片錄放時間8 至16 分鐘，音質好，適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片采用CMOS 技術，內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口（SPI 或Microwire）送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術， 每個采樣值直接存貯在片內FLASH存貯器中，因此能夠非常真實、自然地再現語音、音樂、音調和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。采樣頻率可為 4.0，5.3，6.4，8.0kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質則有所下降，片內信息存于FLASH存貯器中，可在斷電情況下保存100 年（典型值），反復錄音10 萬次。

　　引腳描述

　　電源：（VCCA，VCCD） 為使噪聲最小，芯片的模擬和數字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝的不同管腳上，模擬和數字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應盡量靠近器件。地線：（VSSA，VSSD） 芯片內部的模擬和數字電路也使用不同的地線。同相模擬輸入（ANA IN+） 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32mV，耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅動時，信號最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000 系列相同。反相模擬輸入（ANA IN-） 差分驅動時，這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值16mV音頻輸出（AUD OUT） 提供音頻輸出，可驅動5KΩ的負載。片選（SS） 此端為低，即向該ISD4004 芯片發送指令，兩條指令之間為高電平。串行輸入（MOSI） 此端為串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期將數據放到本端，供ISD 輸入。串行輸出（MISO） ISD 的串行輸出端。ISD 未選中時，本端呈高阻態。串行時鐘（SCLK） ISD 的時鐘輸入端，由主控制器產生，用于同步MOSI 和MISO 的數據傳輸。數據在SCLK上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出ISD。中斷（/INT） 本端為漏極開路輸出。ISD 在任何操作（包括快進）中檢測到EOM 或OVF 時，本端變低并保持。中斷狀態在下一個SPI 周期開始時清除。中斷狀態也可用RINT 指令讀取。OVF 標志----指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM 標志----只在放音中檢測到內部的EOM 標志時，此狀態位才置1。行地址時鐘（RAC） 漏極開路輸出。每個RAC 周期表示ISD 存儲器的操作進行了一行（ISD4004 系列中的存貯器共2400 行）。該信號175ms 保持高電平，低電平為25ms?？爝M模式下，RAC 的218.75μs 是高電平，31.25μs 為低電平。該端可用于存儲管理技術。外部時鐘（XCLK） 本端內部有下拉元件。芯片內部的采樣時鐘在出廠前已調校，誤差在 +1%內。商業級芯片在整個溫度和電壓范圍內， 頻率變化在+2.25%內。工業級芯片在整個溫度和電壓范圍內，頻率變化在-6/+4%內，此時建議使用穩壓電源。若要求更高精度，可從本端輸入外部時鐘（如前表所列）。由于內部的防混淆及平滑濾波器已設定，故上述推薦的時鐘頻率不應改變。輸入時鐘的占空比無關緊要，因內部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時，此端必須接地。自動靜噪（AMCAP） 當錄音信號電平下降到內部設定的某一閾值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于養活無信號（靜音）時的噪聲。通常本端對地接1mF 的電容，構成內部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內部設定的閾值作比較，決定自動靜噪功能的翻轉點。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速度。本端接VCCA 則禁止自動靜噪。

　　一種基于單片機控制的ISD4004語音芯片應用電路

　　硬件電路設計

　　在目前市場上流通的語音報站器，大多采用的不是ISD4004系列的芯片。這固然由于ISD4004推出不久以及其價格偏高有關。但隨著ISD4004應用的增多以及價格的回落，再加上ISD4004系列芯片本身又具有的多次重復錄放、自帶存儲器、使用簡單等優點?？梢韵嘈?，在語音報站器中采用 ISD4004系列語音芯片也是完全可行的。筆者設計了該裝置的硬件電路并進行了上車調試，取得了較為滿意的效果。

　　本文討論的語音報站器主要是指裝在車上的放音電路，不包含錄音電路，在實際應用中由錄音電路完成報站內容的錄音工作，并存儲到語音芯片中。本文主要結合ISD4004在放音電路中的使用來介紹ISD4004的典型應用。

　　2.1 硬件電路圖

　　本文討論的報站器主電路主要由單片機89C52和ISD4004構成。該系統的硬件電路連接如圖1所示：

　　圖1

　　本系統可以主要分為三部分。單片機控制部分、放音部分和顯示部分。本文的顯示電路采用的是通過P3.0，P3.1控制的兩個7段數碼管的靜態顯示，在此不作詳細介紹?？刂撇糠謩t主要由單片機89C52構成，包含必要的按鍵電路、復位電路和看門狗電路等外圍電路。放音部分主要由ISD4004構成，包含配套的變壓電路，功放電路等。

　　從圖中可以看出89C52和ISD4004之間的連接較少，單片機的P1.0－P1.3引腳接按鍵，控制報站器工作過程中的放音與否和放音內容。P1.6 接ISD4004的片選引腳/SS，控制ISD4004的選通與否。P1.7接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入放音的地址。 P3.0，P3.1控制外圍顯示電路，在報站器工作過程中顯示出當前的站號。P3.2和P3.3分別接ISD4004的串行時鐘引腳SCLK和中斷引腳 /INT。對于ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號輸出引腳AUDOUT，該引腳通過一個濾波電容與揚聲器連接，AMCAP為自動靜音端，使用時通過一個電容接地。此外由于ISD4004的工作電壓為3伏，而單片機所需供電電壓為5伏，因此需要采用變壓電路得到3伏電壓供ISD4004使用。

　　3 軟件設計

　　3.1 程序流程圖

　　如圖2所示：

　　圖2

　　3.2 程序工作思想

　　電路上電后，程序首先完成程序的初始化，隨后查詢按鍵狀態，進入系統待機狀態。如果有按鍵按下，則轉去執行該按鍵指向的工作程序。按鍵包括放音鍵，停止鍵，加一，減一鍵以及特殊語鍵。在待機狀態下，如果放音鍵首次被按下，程序將首先判斷是去還是回（公交車路徑一般是既去又回的），并點亮相應的指示燈。自動讀出第一站的放音內容，站號顯示1。如果不是首次按下，程序則首先判斷當前站號，并以該站號為依據獲得存放該站放音內容的首地址。調用放音子程序，讀入前面獲得的本站放音內容首地址，開始放音。每一句放音完畢后，ISD4004的中斷引腳（25腳）會自動送一低電平信號。在硬件設計中，該引腳與單片機的 P3.3連接。因此，會引起一次中斷，在中斷子程序中會有一個計數器記錄中斷次數，從而判斷何時一站結束，站號加一并刷新顯示。加一鍵按下后則使程序放音內容轉向下一站，減一鍵則使程序放音內容轉向上一站，相應的站號顯示也將隨之刷新。特殊語鍵按下后，程序轉向執行特殊語放音（譬如拐彎請注意等語句）。停止鍵被按下將中止當前的放音狀態。

　　3.3 部分工作子程序

　　為了便于讀者對ISD4004應用的理解，本文給出了部分操作程序。

　　該部分程序主要完成放音操作，把獲得的放音內容的地址送到ISD4004中，完成放音。下面給出的就是放音部分程序。放音子程序：

　　PLAY：

　　ACALL POWERUP ;上電子程序

　　ACALL DELAY25 ;延遲子程序，至少延遲25ms

　　CLR P1.6 ;選中ISD4004

　　MOV PLAY2，#11100000B ;存放SETPLAY命令

　　MOV A，PLAY0 ;送放音地址低8位

　　ACALL SEND ;調用送地址子程序

　　MOV A，PLAY1 ;送放音地址高8位

　　ACALL SEND

　　MOV A，PLAY2 ;送SETPLAY命令

　　ACALL SEND

　　SETB P1.6

　　CLR P1.6

　　MOV PLAYING，#11110000B ;送入放音指令

　　MOV A，PLAYING

　　ACALL SEND

　　SETB P1.6

　　RET

　　POWERUP： ;送上電指令子程序

　　MOV POWING，#00100000B ;送入語音芯片上電信號

　　MOV A，POWUPING

　　CLR P1.6

　　ACALL SEND

　　SETB P1.6

　　RET

　　SEND： ;向ISD4004送指令，地址等的子程序

　　CLR MOSI

　　CLR P3.2

　　MOV R1，#8

　　OUTBIT1：

　　CLR P3.2 ;時鐘下降

　　RRC A

　　MOV MOSI，C ;輸出1位

　　NOP

　　NOP

　　NOP

　　SETB P3.2 ;時鐘上升沿到

　　NOP

　　NOP

　　NOP

　　DJNZ R1，OUTBIT1

　　RET

　　3.4 編程以及調試時要注意的一些問題

　　在放音程序中，要嚴格按照ISD4004的要求編程。首先要送上電指令，然后等待25毫秒的延遲，再送16位放音起始地址，最后送8位的開始放音指令。

　　在放音電路的調試過程中，首先測量ISD4004的工作電壓是否3伏，如果是則進入下級調試。再看是否可以送入放音地址，對此可以測量AUDOUT引腳的電壓，若為1.2伏則說明可以讀入放音地址。隨后測量是否能夠放音，可以測量AUDOUT引腳電壓，若為1.2伏，則說明ISD4004芯片工作正常，應該可以放音。如果還沒有聽到放音，則可以調試后級放音電路，看是否后級電路的問題。

　　4 結束語

　　本文通過對ISD4004語音芯片在語音報站器中的一個實際應用的簡單介紹，使讀者熟悉了1SD4004的基本應用。同時本文介紹的報站器電路已經經過上車實驗調試，能夠可靠穩定工作。