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ISD2560語(yǔ)音芯片在排隊(duì)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要:詳細(xì)介紹了Winbond公司生產(chǎn)的ISD2560語(yǔ)音芯片的引腳功能、操作模式以及具體使用方法,給出了用AT89C51與ISD2560構(gòu)成的語(yǔ)音系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞:單片機(jī);ISD2560;語(yǔ)音芯片;ISD1425
目前,電腦語(yǔ)音服務(wù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣,如電腦語(yǔ)音鐘、語(yǔ)音型數(shù)字萬(wàn)用表、手機(jī)話(huà)費(fèi)查詢(xún)系統(tǒng)以及公共汽車(chē)報(bào)站器等。而Winbond公司生產(chǎn)的ISD2500系列語(yǔ)音芯片是具有較強(qiáng)功能的一種電腦語(yǔ)音錄放器件,它能夠應(yīng)用在很多需要語(yǔ)音服務(wù)的場(chǎng)合。AT89C51是ATMEL公司生產(chǎn)的性能良好、價(jià)格便宜的單片機(jī)。文中介紹了用AT89C51和ISD2560構(gòu)成的智能型排隊(duì)機(jī)的語(yǔ)音部分,可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的分段錄取和組合回放,同時(shí)可通過(guò)修改軟件實(shí)現(xiàn)整段或循環(huán)播放。本文重點(diǎn)介紹了用該電路來(lái)完成語(yǔ)音的組合播放等功能的實(shí)現(xiàn)方法。
。桑樱模玻担叮笆牵桑樱南盗袉纹Z(yǔ)音錄放集成電路的一種。這是一種永久記憶型語(yǔ)音錄放電路,錄音時(shí)間為60s,可重復(fù)錄放10萬(wàn)次。該芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專(zhuān)利技術(shù),每個(gè)采樣值可直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)EEPROM單元中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲,從而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”。該器件的采樣頻率為8.0kHz,同一系列的產(chǎn)品采樣頻率越低?錄放時(shí)間越長(zhǎng)?但通頻帶和音質(zhì)會(huì)有所降低。此外,ISD2560還省去了A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。其集成度較高,內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和480k字節(jié)的EEPROM。ISD2560內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)單元均勻分為600行,有600個(gè)地址單元,每個(gè)地址單元指向其中一行,每一個(gè)地址單元的地址分辨率為100ms。此外,ISD2560還具備微控制器所需的控制接口。通過(guò)操縱地址和控制線可完成不同的任務(wù),以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息處理功能,如信息的組合、連接、設(shè)定固定的信息段和信息管理等。ISD2560可不分段,也可按最小段長(zhǎng)為單位來(lái)任意組合分段。
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ISD2560具有28腳SOIC和28腳PDIP兩種封裝形式。圖1所示是其引腳排列。各引腳的主要功能如下:
電源(VCCA,VCCD):為了最大限度的減小噪聲,芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝上。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,并應(yīng)盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容則應(yīng)盡量靠近芯片。
地線(VSSA,VSSD):由于芯片內(nèi)部使用不同的模擬和數(shù)字地線,因此,這兩腳最好通過(guò)低阻抗通路連接到地。
節(jié)電控制(PD):該端拉高可使芯片停止工作而進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。當(dāng)芯片發(fā)生溢出?即OVF端輸出低電平?后,應(yīng)將本端短暫變高以復(fù)位芯片;另外,PD端在模式6下還有特殊的用途。
片選(CE):該端變低且PD也為低電平時(shí),允許進(jìn)行錄、放操作。芯片在該端的下降沿將鎖存地址線和P/R端的狀態(tài);另外,它在模式6中也有特殊的意義。
錄放模式(P/R):該端狀態(tài)一般在CE的下降沿鎖存。高電平選擇放音,低電平選擇錄音。錄音時(shí),由地址端提供起始地址,直到錄音持續(xù)到CE或PD變高,或內(nèi)存溢出;如果是前一種情況,芯片將自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫(xiě)入EOM標(biāo)志。放音時(shí),由地址端提供起始地址,放音持續(xù)到EOM標(biāo)志。如果CE一直為低,或芯片工作在某些操作模式,放音則會(huì)忽略EOM而繼續(xù)進(jìn)行下去,直到發(fā)生溢出為止。
信息結(jié)尾標(biāo)志(EOM):EOM標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息段的結(jié)尾。當(dāng)放音遇到EOM時(shí),該端輸出低電平脈沖。另外,ISD2560芯片內(nèi)部會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電源電壓以維護(hù)信息的完整性,當(dāng)電壓低于3.5V時(shí),該端變低,此時(shí)芯片只能放音。在模式狀態(tài)下,可用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED,以指示芯片當(dāng)前的工作狀態(tài)。
圖2
溢出標(biāo)志(OVF):芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí),該端輸出低電平脈沖以表示溢出,之后該端狀態(tài)跟隨CE端的狀態(tài),直到PD端變高。此外,該端還可用于級(jí)聯(lián)多個(gè)語(yǔ)音芯片來(lái)延長(zhǎng)放音時(shí)間。
話(huà)筒輸入(MIC):該端連至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動(dòng)增益控制電路(AGC)可將增益控制在-15~24dB。外接話(huà)筒應(yīng)通過(guò)串聯(lián)電容耦合到該端。耦合電容值和該端的10kΩ輸入阻抗決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。
話(huà)筒參考(MICREF):該端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話(huà)筒時(shí),可減小噪聲,并提高共模抑制比。
自動(dòng)增益控制(AGC):AGC可動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話(huà)筒輸入電平的寬幅變化,這樣在錄制變化很大的音量(從耳語(yǔ)到喧囂聲)時(shí)就能保持最小失真。響應(yīng)時(shí)間取決于該端內(nèi)置的5kΩ電阻和從該端到VSSA端所接電容的時(shí)間常數(shù)。釋放時(shí)間則取決于該端外接的并聯(lián)對(duì)地電容和電阻設(shè)定的時(shí)間常數(shù)。選用標(biāo)稱(chēng)值分別為470kΩ和4.7μF的電阻、電容可以得到滿(mǎn)意的效果。
模擬輸出(ANAOUT):前置放大器輸出。其前置電壓增益取決于AGC端電平。
模擬輸入(ANAIN):該端為芯片錄音信號(hào)輸入。對(duì)話(huà)筒輸入來(lái)說(shuō),ANAOUT端應(yīng)通過(guò)外接電容連至該端,該電容和本端的3kΩ輸入阻抗決定了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其它音源可通過(guò)交流耦合直接連至該端。
揚(yáng)聲器輸出(SP+、SP-):可驅(qū)動(dòng)16Ω以上的喇叭(內(nèi)存放音時(shí)功率為12.2mW?AUXIN放音時(shí)功率為50mW)。單端輸出時(shí)必須在輸出端和喇叭間接耦合電容?而雙端輸出則不用電容就能將功率提高至4倍。
圖3
輔助輸入(AUXIN):當(dāng)CE和P/R為高,不進(jìn)行放音或處入放音溢出狀態(tài)時(shí)?該端的輸入信號(hào)將通過(guò)內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。當(dāng)多個(gè)ISD2560芯片級(jí)聯(lián)時(shí)?后級(jí)的喇叭輸出將通過(guò)該端連接到本級(jí)的輸出放大器。為防止噪聲?建議在存放內(nèi)存信息時(shí)?該端不要有驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
外部時(shí)鐘(XCLK):該端內(nèi)部有下拉元件,不用時(shí)應(yīng)接地。
地址/模式輸入(AX/MX):地址端的作用取決于最高兩位(MSB,即A8和A9)的狀態(tài)。當(dāng)最高兩位中有一個(gè)為0時(shí),所有輸入均作為當(dāng)前錄音或放音的起始地址。地址端只作輸入,不輸出操作過(guò)程中的內(nèi)部地址信息。地址在CE的下降沿鎖存。當(dāng)最高兩位全為1時(shí),A0~A6可用于模式選擇。
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由于ISD2560內(nèi)置了若干種操作模式,因而可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。操作模式也由地址端控制;當(dāng)最高兩位都為1時(shí),其它地址端置高可選擇某個(gè)(或某幾個(gè))特定模式。因此操作模式和直接尋址相互排斥。具體操作模式見(jiàn)表1所列。操作模式可由微控制器也可由硬件實(shí)現(xiàn)。使用操作模式要注意兩點(diǎn):(1)所有操作最初都是從0地址?即存儲(chǔ)空間的起始端?開(kāi)始。后續(xù)的操作根據(jù)選用的模式可從其它地址開(kāi)始。但是,電路由錄轉(zhuǎn)放或由放轉(zhuǎn)錄(M6模式除外),或都執(zhí)行了掉電周期后,地址計(jì)數(shù)器將復(fù)位為0。(2)當(dāng)CE變低且最高兩地址位同為高時(shí),執(zhí)行操作模式。這種操作模式將一直有效,直到CE再次由高變低,芯片重新鎖存當(dāng)前的地址/模式端電平并執(zhí)行相應(yīng)的操作為止。
表1操作模式簡(jiǎn)表
模式功能典型應(yīng)用可組合使用的模式M0信息檢索快進(jìn)入信息M4、M5、M6M1刪除WOM在最后一條信息結(jié)束處放EOMM3、M4、M5、M6M2未用保留N/AM3循環(huán)從0地址連續(xù)放音M1、M5、M6M4連續(xù)尋址錄放連續(xù)的多段信息M0、M1、M5M5CE電平有效允許暫停M0、M1、M3、M4M6按鍵模式簡(jiǎn)化外圍電路M0、M1、M3
。郴冢桑樱模玻担叮暗恼Z(yǔ)音播放電路設(shè)計(jì)
。常毕到y(tǒng)硬件電路
圖2所示為ISD2560與AT89C51連接示意圖。圖中,單片機(jī)系統(tǒng)的晶振Y1為11.0593MHz,EOM直接接到P1.7,PD接到P1.6,CE接到P3.6,XCLK接地。SN74HC573是地址鎖存器,LM386N-1為音頻功率放大器。本系統(tǒng)中的語(yǔ)音芯片工作在放音狀態(tài)下,其片內(nèi)的信息可通過(guò)專(zhuān)用的ISD1425高級(jí)語(yǔ)音編程拷貝機(jī)拷貝,因此放音質(zhì)量非常好,也可以通過(guò)它來(lái)讀取每段語(yǔ)音的存儲(chǔ)地址。圖3所示是ISD2560的放音時(shí)序圖。
。常蚕到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
基于ISD2560的語(yǔ)音系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。假設(shè)要播放的語(yǔ)音段有20段,那么,把一個(gè)數(shù)送到DPTR對(duì)應(yīng)的地址中去時(shí),必須先等待語(yǔ)音芯片的EOM腳電平變低,然后再等待EOM腳電平變高,才可以繼續(xù)讀其它段的內(nèi)容;否則會(huì)出現(xiàn)“啪啪”聲。另外,也可以在各段語(yǔ)音的后面加一些適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。
。唇Y(jié)束語(yǔ)
。桑樱模玻担叮罢Z(yǔ)音芯片在語(yǔ)音錄放系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用效果非常好,而且編程也比較簡(jiǎn)單,與其它一些數(shù)字語(yǔ)音芯片相比,ISD2560的突出特點(diǎn)是放音效果極佳,能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲,另外,使用該芯片也可自己設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)錄音操作,使用十分方便。
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