ISD4004語音芯片的工作原理及智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/333174.htm1 概述
ISD4004是美國(guó)ISD公司制造的一種新款語音芯片。與ISD其它系列語音產(chǎn)品不同的是，ISD4004是一種微控制器“從”設(shè)備，而“主”控制器可以是內(nèi)置有SPI兼容接口的微控制器，也可以用I/O仿真SPI通信協(xié)議。ISD4004系列工作電壓為3V，
單片錄放時(shí)間為8～16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其它便攜式電子產(chǎn)品中。該芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片的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。ISD4004采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音調(diào)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(shí)間越長(zhǎng)，音質(zhì)則有所下降， 片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年（典型值），反復(fù)錄音10萬次。
2 引腳功能描述
ISD4004的引腳排列如圖1所示，各引腳功能如下：
電源（VCCA，VCCD）：為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝的不同管腳小，模擬和數(shù)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(yīng)盡量靠近器件。
地線（VSSA，VSSD）：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。
同相模擬輸入（ANA IN+）：錄音信號(hào) 的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí)，信號(hào)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(qū)動(dòng)時(shí)，信號(hào)最大幅度為峰峰值16mV，與ISD33000系列相同。
反相模擬輸入（ANA IN-）：差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，為錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)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(qū)動(dòng)5kΩ的負(fù)載。
片選（SS）：此端為低，即向該ISD4004芯片發(fā)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(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)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(shí)，本端呈高阻態(tài)。
串行時(shí)鐘（SCLK）：ISD的時(shí)鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)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(jìn)）中檢測(cè)到EOM或IVF時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。
OVF標(biāo)志用來指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾。只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時(shí)，此狀態(tài)位才置1。
行地址時(shí)鐘（RAC）：漏極開路輸出。每個(gè)RAC周期表示ISD存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行（ISD4004系列中的存貯器共2400行）。該信號(hào)保持高電平的時(shí)間為175ms，低電平時(shí)間為25ms。在快進(jìn)模式，RAC可保持高電平218.75μs，低電平31. 25μs。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。
3 工作原理與功能特性
ISD4004聲音錄放采用CchipCorder專利技術(shù)，即無須A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，在個(gè)記錄位（BIT）可存儲(chǔ)250級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的A/D記錄的8倍。
3.1 SPI（串行外設(shè)接口）
ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿工作，因此對(duì)于ISD4004而言，在時(shí)鐘上升沿將鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)，而在下降沿則將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。
3.2 SPI接口指令
SPI的接口指令如表1所列。
表1 SPI的接口指令
| 指 令 | 8位控制碼<16位地址> | 操 作 摘 要 |
| POWERUP | 00100XXX | 上電：等待TPUD后操作可以工作 |
| SET PLAY | 11100XXX | 從指定地址開始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù) |
| PLAY | 11110XXX | 從當(dāng)前地址開始錄音（直至EOM或OVF） |
| SET REC | 10100XXX | 從指定地址開始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù) |
| REC | 10110XXX | 從當(dāng)前址開始錄音（直至OVF或停止） |
| SET MC | 11101XXX | 從指定地址開始快，必須后跟MC指令快進(jìn)繼續(xù) |
| MC | 11111XXX | 停止當(dāng)前操作 |
| STOP WRDN | 0X01XXXX | 停止當(dāng)前操作并掉電 |
| RINT | 0X110XXX | 讀狀態(tài)：OVF和EOM |
3.3 SPI端口的控制位
SPI端口控制位如圖2所示。
3.4 SPI控制寄存器
SPI控制寄存器控制器件可以實(shí)現(xiàn)如錄放、錄音、信息檢索（快進(jìn)）、上電/掉電、開始和停止操作、忽略地址指針等功能。具體控制位如表2所列。
表2 控制寄存器功能表
| 位 | 值 | 功 能 | 位 | 值 | 功 能 |
| RUN | 允許/禁止操作 | PU | 電源控制 | ||
| 1 | 開始 | 1 | 上電 | ||
| 0 | 停止 | 0 | 停電 | ||
| P/R | 錄/放模式 | IAB | 操作是否使用指令地址 | ||
| 1 | 放音 | 1 | 忽略輸入地址寄存內(nèi)容 | ||
| 0 | 錄音 | 0 | 使用輸入地址寄存的內(nèi)容 | ||
| 快進(jìn)模式 | P15P0 | 行指針寄存器輸出 | |||
| 1 | 允許快進(jìn) | A15A0 | 輸入地址寄存器 | ||
| 0 | 禁止 |
當(dāng)IAB置0時(shí)，錄、放操作從A9～A0地址開始。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲(chǔ)空間，在操作到達(dá)該行末之前，應(yīng)發(fā)出第二個(gè)SPI指令將IAB置1，否則器件在同一個(gè)地址上將反復(fù)循環(huán)。這一點(diǎn)對(duì)語音提示功能很有用。RAC腳和IAB位可用于信息管理。
4 在智能控制中的典型應(yīng)用
本系統(tǒng)是以單片機(jī)，語音處理芯片及報(bào)警傳感器為基礎(chǔ)，利用公共電話網(wǎng)絡(luò)建立起來的智能家居服務(wù)系統(tǒng)。它具有以下主要功能：
（1）家電控制功能：打電話在通過密碼校驗(yàn)后，在語音的提示下，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制家電、查詢其工作狀態(tài)及家電定時(shí)操作。
（2）電話錄音功能：可來電留主及用戶自己錄音。
（3）自動(dòng)語音報(bào)警功能：在無的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到非法闖入，能自動(dòng)拔打報(bào)警電話。在叫通后，能接報(bào)警信息以語音的形式發(fā)送出去。
由上可以看到，在整個(gè)家居服務(wù)系統(tǒng)中，要多次實(shí)現(xiàn)語音提示，應(yīng)答，查詢等功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)是靠單片機(jī)89C51與ISD4004之間的通訊來完成的。89C51與ISD4004的連接如圖3所示。
MIC是麥克風(fēng)，即語音信號(hào)的輸入端，輸出的模擬語音信號(hào)通過三極管組成放大器加到ISD4004語音芯片的輸入端。
該系統(tǒng)的錄音子程序如下：
LUYIN： ；用戶錄音子程序
MOV R0，# # # # # # # # # #
ACALL FAST ；語音提示如何修改
JB P3.5，$
MOV A，#20H ；語音芯片上電
ACALL ISDX
SETB P1.0
ACALL YS50 ；上電延時(shí)
ACALL YS50
MOV A，# # # # #
；“# # # # # #”表示是錄音具體地址
ACALL ISDX ；置錄音地址
MOV A，#0A0H
ACALL ISDX
SETB P1.0
LUY1：MOV R1，#20H ；錄音開始
LUY2：ACALL YS50
DJNZ R1，LUY2
MOV A，#0B0H ；錄音
ACALL ISDX
SETB 1.0
JNB P3.3，$
LUY9：MOV A，#30H
ACALL ISDX
SETB P1.0
LUY3：MOV R5，#10H
LUY5：JNB P1.4，LUY4 ；檢查錄音是否超時(shí)
JNB P3.5，LUY3
DJNZ R5，LUY5
MOV A，#30H ；錄音停止
ACALL ISDX
SETB P1.0
LUY6：MOV R4，#0FFH
LUY7：MOV R5，#0FFH
LUY8：MOV R6，#0FFH
LUYA：JNB P3.5，LUY9
DJNZ R6，LUYA
DJNZ R5，LUY8
DJNZ E4，LUY7
SJMP GUANJI
LUY4：MOV R0，# # # # # #；“錄音超過，請(qǐng)重錄制”
ACALL FSAT
SJMP LUYIN
放音子程序：
FANGYI：MOV R0，# # # # # #；“提示放音程序開始工作”
ACALL FAST
FANGY2：MOV R1，#0FFH
FANGY3：MOV R2，#0FFH
FANGY4：MOV A，#0FFH
MOV P0，A
SETB P0.7
SETB P0.4
CLR P0.5
SETB P0.6
MOV A，P0 ；讀8880狀態(tài)寄存器
JB ACC.2，F(xiàn)ANGY6
FANGY6：DJNZ R2，F(xiàn)ANGY4
DJNZ R1，F(xiàn)ANGY3
SJMP GUANJI
CLR P0.4
MOV A，P0 ；讀8880接收數(shù)據(jù)寄存器
ANL A，#0FH ；屏蔽高四位
CJNE A，#02H，F(xiàn)ANGYI；查詢是否“2”鍵按下，是則放音
FANGY5：MOV A，#0FFH
MOV P0，A
SETB P0.7
SETB P0.4
CLR P0.5
SETB P0.6
MOV A，P0
JNB ACC.2，F(xiàn)ANGY5
MOV R0，# # # # #
ACALL FAST
INC R0
SJMP FANGY2
評(píng)論