ISD2560語(yǔ)音芯片在排隊機系統中的應用
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摘要：詳細介紹了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構成的語(yǔ)音系統的硬件結構和軟件設計方法。 關(guān)鍵詞：單片機；ISD2560；語(yǔ)音芯片；ISD1425 目前，電腦語(yǔ)音服務(wù)的應用范圍越來(lái)越廣，如電腦語(yǔ)音鐘、語(yǔ)音型數字萬(wàn)用表、手機話(huà)費查詢(xún)系統以及公共汽車(chē)報站器等。而Ｗｉｎｂｏｎｄ公司生產(chǎn)的ＩＳＤ２５００系列語(yǔ)音芯片是具有較強功能的一種電腦語(yǔ)音錄放器件，它能夠應用在很多需要語(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。文中介紹了用ＡＴ８９Ｃ５１和ＩＳＤ２５６０構成的智能型排隊機的語(yǔ)音部分，可實(shí)現語(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)現方法。 ＩＳＤ２５６０是ＩＳＤ系列單片語(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，可重復錄放１０萬(wàn)次。該芯片采用多電平直接模擬量存儲專(zhuān)利技術(shù)，每個(gè)采樣值可直接存儲在片內單個(gè)ＥＥＰＲＯＭ單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現語(yǔ)音、音樂(lè )、音調和效果聲，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(cháng)? 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轉換器。其集成度較高，內部包括前置放大器、內部時(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字節的ＥＥＰＲＯＭ。ＩＳＤ２５６０內部ＥＥＰＲＯＭ存儲單元均勻分為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(guò)操縱地址和控制線(xiàn)可完成不同的任務(wù)，以實(shí)現復雜的信息處理功能，如信息的組合、連接、設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(cháng)為單位來(lái)任意組合分段。 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，芯片內部的模擬和數字電路使用不同的電源總線(xiàn)，并且分別引到外封裝上。模擬和數字電源端最好分別走線(xiàn)，并應盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容則應盡量靠近芯片。 地線(xiàn)（ＶＳＳＡ，ＶＳＳＤ）：由于芯片內部使用不同的模擬和數字地線(xiàn)，因此，這兩腳最好通過(guò)低阻抗通路連接到地。 節電控制（ＰＤ）：該端拉高可使芯片停止工作而進(jìn)入節電狀態(tài)。當芯片發(fā)生溢出?即ＯＶＦ端輸出低電平?后，應將本端短暫變高以復位芯片；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(xiàn)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，直到錄音持續到ＣＥ或ＰＤ變高，或內存溢出；如果是前一種情況，芯片將自動(dòng)在錄音結束處寫(xiě)入ＥＯＭ標志。放音時(shí)，由地址端提供起始地址，放音持續到ＥＯＭ標志。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而繼續進(jìn)行下去，直到發(fā)生溢出為止。 信息結尾標志（ＥＯＭ）：ＥＯＭ標志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息段的結尾。當放音遇到ＥＯＭ時(shí)，該端輸出低電平脈沖。另外，ＩＳＤ２５６０芯片內部會(huì )自動(dòng)檢測電源電壓以維護信息的完整性，當電壓低于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)驅動(dòng)ＬＥＤ，以指示芯片當前的工作狀態(tài)。 話(huà)筒輸入（ＭＩＣ）：該端連至片內前置放大器。片內自動(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（ＭＩＣ ＲＥＦ）：該端是前置放大器的反向輸入。當以差分形式連接話(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)調整前置增益以補償話(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。響應時(shí)間取決于該端內置的５ｋΩ電阻和從該端到ＶＳＳＡ端所接電容的時(shí)間常數。釋放時(shí)間則取決于該端外接的并聯(lián)對地電容和電阻設定的時(shí)間常數。選用標稱(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(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輸入。對話(huà)筒輸入來(lái)說(shuō)，ＡＮＡ ＯＵＴ端應通過(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。 揚聲器輸出（ＳＰ＋、ＳＰ－）：可驅動(dòng)１６Ω以上的喇叭（內存放音時(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。 外部時(shí)鐘(ＸＣＬＫ)：該端內部有下拉元件，不用時(shí)應接地。 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)。當最高兩位中有一個(gè)為０時(shí)，所有輸入均作為當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)程中的內部地址信息。地址在ＣＥ的下降沿鎖存。當最高兩位全為１時(shí)，Ａ０～Ａ６可用于模式選擇。 ２ 操作模式 由于ＩＳＤ２５６０內置了若干種操作模式，因而可用最少的外圍器件實(shí)現最多的功能。操作模式也由地址端控制；當最高兩位都為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。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?即存儲空間的起始端?開(kāi)始。后續的操作根據選用的模式可從其它地址開(kāi)始。但是，電路由錄轉放或由放轉錄（Ｍ６模式除外），或都執行了掉電周期后，地址計數器將復位為０。（２）當ＣＥ變低且最高兩地址位同為高時(shí)，執行操作模式。這種操作模式將一直有效，直到ＣＥ再次由高變低，芯片重新鎖存當前的地址／模式端電平并執行相應的操作為止。
３ 基于ＩＳＤ２５６０的語(yǔ)音播放電路設計 ３．１ 系統硬件電路 圖２所示為ＩＳＤ２５６０與ＡＴ８９Ｃ５１連接示意圖。圖中，單片機系統的晶振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。本系統中的語(yǔ)音芯片工作在放音狀態(tài)下，其片內的信息可通過(guò)專(zhuān)用的ＩＳＤ１４２５高級語(yǔ)音編程拷貝機拷貝，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)音的存儲地址。圖３所示是ＩＳＤ２５６０的放音時(shí)序圖。 ３．２ 系統軟件設計 基于ＩＳＤ２５６０的語(yǔ)音系統軟件設計流程圖如圖４所示。假設要播放的語(yǔ)音段有２０段，那么，把一個(gè)數送到ＤＰＴＲ對應的地址中去時(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，才可以繼續讀其它段的內容；否則會(huì )出現“啪啪”聲。另外，也可以在各段語(yǔ)音的后面加一些適當的延時(shí)。 ＩＳＤ２５６０語(yǔ)音芯片在語(yǔ)音錄放系統中的實(shí)際應用效果非常好，而且編程也比較簡(jiǎn)單，與其它一些數字語(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)、自然地再現語(yǔ)音、音樂(lè )、音調和效果聲，另外，使用該芯片也可自己設計電路實(shí)現錄音操作，使用十分方便。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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