ISD4004

ISD4004简介

　　ISD4004 系列工作电压3V，单片录放时间8 至16 分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。

　　简述

　　●单片8 至16 分钟语音录放

　　●内置微控制器串行通信接口

　　●3V 单电源工作

　　●多段信息处理

　　●工作电流25-30mA，维持电流1μA

　　●不耗电信息保存100 年（典型值）

　　●高质量、自然的语音还原技术

　　●10 万次录音周期（典型值）

　　●自动静噪功能

　　●片内免调整时钟，可选用外部时钟

ISD4004百科

　　ISD4004 系列工作电压3V，单片录放时间8 至16 分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。

　　简述

　　●单片8 至16 分钟语音录放

　　●内置微控制器串行通信接口

　　●3V 单电源工作

　　●多段信息处理

　　●工作电流25-30mA，维持电流1μA

　　●不耗电信息保存100 年（典型值）

　　●高质量、自然的语音还原技术

　　●10 万次录音周期（典型值）

　　●自动静噪功能

　　●片内免调整时钟，可选用外部时钟

　　ISD4004 系列工作电压3V，单片录放时间8 至16 分钟，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口（SPI 或Microwire）送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术， 每个采样值直接存贮在片内FLASH存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，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”。采样频率可为 4.0，5.3，6.4，8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于FLASH存贮器中，可在断电情况下保存100 年（典型值），反复录音10 万次。

　　引脚描述

　　电源：（VCCA，VCCD） 为使噪声最小，芯片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的不同管脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。地线：（VSSA，VSSD） 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入（ANA IN+） 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000 系列相同。反相模拟输入（ANA IN-） 差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mV音频输出（AUD OUT） 提供音频输出，可驱动5KΩ的负载。片选（SS） 此端为低，即向该ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入（MOSI） 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供ISD 输入。串行输出（MISO） ISD 的串行输出端。ISD 未选中时，本端呈高阻态。串行时钟（SCLK） ISD 的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步MOSI 和MISO 的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD，在下降沿移出ISD。中断（/INT） 本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作（包括快进）中检测到EOM 或OVF 时，本端变低并保持。中断状态在下一个SPI 周期开始时清除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志----指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM 标志----只在放音中检测到内部的EOM 标志时，此状态位才置1。行地址时钟（RAC） 漏极开路输出。每个RAC 周期表示ISD 存储器的操作进行了一行（ISD4004 系列中的存贮器共2400 行）。该信号175ms 保持高电平，低电平为25ms。快进模式下，RAC 的218.75μs 是高电平，31.25μs 为低电平。该端可用于存储管理技术。外部时钟（XCLK） 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内， 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在-6/+4%内，此时建议使用稳压电源。若要求更高精度，可从本端输入外部时钟（如前表所列）。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时，此端必须接地。自动静噪（AMCAP） 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时，自动静噪功能使信号衰弱，这样有助于养活无信号（静音）时的噪声。通常本端对地接1mF 的电容，构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较，决定自动静噪功能的翻转点。大信号时，自动静噪电路不衰减，静音时衰减6dB。1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA 则禁止自动静噪。

　　一种基于单片机控制的ISD4004语音芯片应用电路

　　硬件电路设计

　　在目前市场上流通的语音报站器，大多采用的不是ISD4004系列的芯片。这固然由于ISD4004推出不久以及其价格偏高有关。但随着ISD4004应用的增多以及价格的回落，再加上ISD4004系列芯片本身又具有的多次重复录放、自带存储器、使用简单等优点。可以相信，在语音报站器中采用 ISD4004系列语音芯片也是完全可行的。笔者设计了该装置的硬件电路并进行了上车调试，取得了较为满意的效果。

　　本文讨论的语音报站器主要是指装在车上的放音电路，不包含录音电路，在实际应用中由录音电路完成报站内容的录音工作，并存储到语音芯片中。本文主要结合ISD4004在放音电路中的使用来介绍ISD4004的典型应用。

　　2.1 硬件电路图

　　本文讨论的报站器主电路主要由单片机89C52和ISD4004构成。该系统的硬件电路连接如图1所示：

　　图1

　　本系统可以主要分为三部分。单片机控制部分、放音部分和显示部分。本文的显示电路采用的是通过P3.0，P3.1控制的两个7段数码管的静态显示，在此不作详细介绍。控制部分则主要由单片机89C52构成，包含必要的按键电路、复位电路和看门狗电路等外围电路。放音部分主要由ISD4004构成，包含配套的变压电路，功放电路等。

　　从图中可以看出89C52和ISD4004之间的连接较少，单片机的P1.0－P1.3引脚接按键，控制报站器工作过程中的放音与否和放音内容。P1.6 接ISD4004的片选引脚/SS，控制ISD4004的选通与否。P1.7接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址。 P3.0，P3.1控制外围显示电路，在报站器工作过程中显示出当前的站号。P3.2和P3.3分别接ISD4004的串行时钟引脚SCLK和中断引脚 /INT。对于ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT，该引脚通过一个滤波电容与扬声器连接，AMCAP为自动静音端，使用时通过一个电容接地。此外由于ISD4004的工作电压为3伏，而单片机所需供电电压为5伏，因此需要采用变压电路得到3伏电压供ISD4004使用。

　　3 软件设计

　　3.1 程序流程图

　　如图2所示：

　　图2

　　3.2 程序工作思想

　　电路上电后，程序首先完成程序的初始化，随后查询按键状态，进入系统待机状态。如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。按键包括放音键，停止键，加一，减一键以及特殊语键。在待机状态下，如果放音键首次被按下，程序将首先判断是去还是回（公交车路径一般是既去又回的），并点亮相应的指示灯。自动读出第一站的放音内容，站号显示1。如果不是首次按下，程序则首先判断当前站号，并以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址。调用放音子程序，读入前面获得的本站放音内容首地址，开始放音。每一句放音完毕后，ISD4004的中断引脚（25脚）会自动送一低电平信号。在硬件设计中，该引脚与单片机的 P3.3连接。因此，会引起一次中断，在中断子程序中会有一个计数器记录中断次数，从而判断何时一站结束，站号加一并刷新显示。加一键按下后则使程序放音内容转向下一站，减一键则使程序放音内容转向上一站，相应的站号显示也将随之刷新。特殊语键按下后，程序转向执行特殊语放音（譬如拐弯请注意等语句）。停止键被按下将中止当前的放音状态。

　　3.3 部分工作子程序

　　为了便于读者对ISD4004应用的理解，本文给出了部分操作程序。

　　该部分程序主要完成放音操作，把获得的放音内容的地址送到ISD4004中，完成放音。下面给出的就是放音部分程序。放音子程序：

　　PLAY：

　　ACALL POWERUP ;上电子程序

　　ACALL DELAY25 ;延迟子程序，至少延迟25ms

　　CLR P1.6 ;选中ISD4004

　　MOV PLAY2，#11100000B ;存放SETPLAY命令

　　MOV A，PLAY0 ;送放音地址低8位

　　ACALL SEND ;调用送地址子程序

　　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： ;送上电指令子程序

　　MOV POWING，#00100000B ;送入语音芯片上电信号

　　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 ;时钟下降

　　RRC A

　　MOV MOSI，C ;输出1位

　　NOP

　　NOP

　　NOP

　　SETB P3.2 ;时钟上升沿到

　　NOP

　　NOP

　　NOP

　　DJNZ R1，OUTBIT1

　　RET

　　3.4 编程以及调试时要注意的一些问题

　　在放音程序中，要严格按照ISD4004的要求编程。首先要送上电指令，然后等待25毫秒的延迟，再送16位放音起始地址，最后送8位的开始放音指令。

　　在放音电路的调试过程中，首先测量ISD4004的工作电压是否3伏，如果是则进入下级调试。再看是否可以送入放音地址，对此可以测量AUDOUT引脚的电压，若为1.2伏则说明可以读入放音地址。随后测量是否能够放音，可以测量AUDOUT引脚电压，若为1.2伏，则说明ISD4004芯片工作正常，应该可以放音。如果还没有听到放音，则可以调试后级放音电路，看是否后级电路的问题。

　　4 结束语

　　本文通过对ISD4004语音芯片在语音报站器中的一个实际应用的简单介绍，使读者熟悉了1SD4004的基本应用。同时本文介绍的报站器电路已经经过上车实验调试，能够可靠稳定工作。