ISD2560語音芯片在排隊(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)成的語音系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方法。

目前，電腦語音服務(wù)的應(yīng)用范圍越來越廣，如電腦語音鐘、語音型數(shù)字萬用表、手機(jī)話費(fèi)查詢系統(tǒng)以及公共汽車報(bào)站器等。而Ｗｉｎｂｏｎｄ公司生產(chǎn)的ＩＳＤ２５００系列語音芯片是具有較強(qiáng)功能的一種電腦語音錄放器件，它能夠應(yīng)用在很多需要語音服務(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)的語音部分，可實(shí)現(xiàn)語音的分段錄取和組合回放，同時(shí)可通過修改軟件實(shí)現(xiàn)整段或循環(huán)播放。本文重點(diǎn)介紹了用該電路來完成語音的組合播放等功能的實(shí)現(xiàn)方法。

ＩＳＤ２５６０是ＩＳＤ系列單片語音錄放集成電路的一種。這是一種永久記憶型語音錄放電路，錄音時(shí)間為６０ｓ，可重復(fù)錄放１０萬次。該芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(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)語音、音樂、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４８０ ｋ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１００ ｍｓ。此外，ＩＳＤ２５６０還具備微控制器所需的控制接口。通過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)為單位來任意組合分段。

１ ＩＳＤ２５６０的引腳功能

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)語音芯片來延長(zhǎng)放音時(shí)間。

話筒輸入（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。外接話筒應(yīng)通過串聯(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)。

話筒參考（ＭＩＣ ＲＥＦ）：該端是前置放大器的反向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時(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)稱值分別為４７０ｋΩ和４．７μＦ的電阻、電容可以得到滿意的效果。

模擬輸出(ＡＮＡ ＯＵＴ)：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(ＡＮＡ ＩＮ)：該端為芯片錄音信號(hào)輸入。對(duì)話筒輸入來說，ＡＮＡ ＯＵＴ端應(yīng)通過外接電容連至該端，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?ＡＵＸ ＩＮ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(ＡＵＸ ＩＮ)：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。

２　操作模式

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?開始。后續(xù)的操作根據(jù)選用的模式可從其它地址開始。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

３ 基于ＩＳＤ２５６０的語音播放電路設(shè)計(jì)

３．１ 系統(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)中的語音芯片工作在放音狀態(tài)下，其片內(nèi)的信息可通過專用的ＩＳＤ１４２５高級(jí)語音編程拷貝機(jī)拷貝，因此放音質(zhì)量非常好，也可以通過它來讀取每段語音的存儲(chǔ)地址。圖３所示是ＩＳＤ２５６０的放音時(shí)序圖。

３．２ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于ＩＳＤ２５６０的語音系統(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，也可以在各段語音的后面加一些適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。

４　結(jié)束語

ＩＳＤ２５６０語音芯片在語音錄放系統(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)語音、音樂、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。