ISD2560语音芯片在排队机系统中的应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
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。

关键字:系统  应用

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