IS22C011/20語(yǔ)音芯片的原理及在MCS-51單片機中的應用

IS22C011和IS22C020是ISSI公司推出的高品質(zhì)語(yǔ)音芯片，它們采用 ADPCM壓縮技術(shù)、POP減噪技術(shù)和最先進(jìn)的亞微米EPROM技術(shù)，實(shí)現了即時(shí)編程，并使用戶(hù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間大為縮短。IS22C011／20可由多種開(kāi)發(fā)工具來(lái)支持，如IS22VP002（單片機開(kāi)發(fā)系統）、IS22VP003／004（PC機開(kāi)發(fā)系統）等。該芯片只需極少的外圍元件，便可實(shí)現高質(zhì)量的語(yǔ)音播放，IS22C011／20語(yǔ)音芯片采用串聯(lián)擴展可使播放時(shí)間不受限制，而采用并聯(lián)擴展則有利于混音的形成。同時(shí)由CPU對其進(jìn)行部分引腳的控制可方便地應用于儀器設備的語(yǔ)音提示或報警。IS22C011與IS22C020的主要技術(shù)特性如下：
●語(yǔ)音長(cháng)度：
— 8kHz取樣：011／020：8／16s；
— 6kHz取樣：011／020：10／20s；
— 5kHz取樣：011／020：12．8／25．6s；
●電源電壓：DC2．4～6．0V；
●靜態(tài)功耗：＜5μA；
●防抖觸發(fā)延時(shí)時(shí)間（Debounce delay）：15ms
●STP脈沖寬度：30ms；
●采用4鍵觸發(fā)可提供8段語(yǔ)音。

1 引腳功能

IS22C011／20采用16－PIN和SOP封裝形式，其引腳排列如圖1所示，各引腳功能如下：
1、6腳（LED1、LED2）：LED顯示驅動(dòng)端，3Hz閃爍，011為高電平有效，020為低電平有效；
2、3腳（VOUT1、VOUT2）：蜂鳴器驅動(dòng)端；
4 腳（GND）：電源地；
5腳（STP／BUSY）：STP語(yǔ)音結束脈沖輸出信號或BUSY信號；
7腳（COUT）：電流型D／A轉換輸出端口，其輸出信號可用于驅動(dòng)揚聲器；
8腳（OSC）：振蕩器電阻接入端，可用于控制采樣頻率；
9 腳（VPP）：編程電源端，放音時(shí)不用；
10、11、13、14腳（S1～S4）：語(yǔ)音觸發(fā)端，通常在內部被拉低，高電平有效，可用于控制8段語(yǔ)音，其譯碼如表1所列；
21腳（VCC）：電源正端；
15腳（SBT）：全播或順序播放控制端，此端采用內部下拉，高電平有效；
16腳（IRP）：停止播放控制端，采用內部拉低，高電平有效。

2 內部結構

IS22C011／20的內部結構如圖2所示，由圖可知，該芯片用振蕩器、時(shí)鐘信號發(fā)生器來(lái)提供時(shí)鐘信號。其振蕩器頻率（即語(yǔ)音采樣頻率）由外接振蕩電阻ROSC確定，振蕩線(xiàn)路采用高穩定結構，因此在正常的工作電壓范圍內，采樣頻率均可保持恒定。該芯片中的邏輯控制電路是芯片的控制中心，可協(xié)調和控制地址定序器、 ADPCM譯碼器、POP減噪電路等線(xiàn)路的工作。EPROM為256k字節的一次性（OTP）存貯器，可分成8段語(yǔ)音，每段語(yǔ)音長(cháng)度由用戶(hù)編程控制，長(cháng)短可不一，但總長(cháng)度不能超過(guò)存貯器總容量的允許時(shí)間（如若采樣頻率為8kHz，總長(cháng)度不能超過(guò)8s）。蜂鳴器緩沖輸出采用PWM輸出方式，可直接驅動(dòng)蜂鳴器，并可減少耗電量，因此特別適用于鈕扣電池供電設備。其D／A電流輸出可直接用晶體管來(lái)推動(dòng)揚聲器（1／4W），而無(wú)需復雜的濾波線(xiàn)路。

3 可編程選項及時(shí)序圖

IS22C011／20具有可編程選項功能，包括脈沖觸發(fā)及電平觸發(fā)選項、STB全播或順序播放選項、STOP或BUSY信號選項、放音結束噪音自動(dòng)下降及非自動(dòng)下降選項。圖3所示是其前三項選項的時(shí)序圖。放音結束噪聲自動(dòng)下降通常是指在放音結束時(shí)COUT端出現的“POP”噪聲的下降。實(shí)際上，放音結束時(shí)使COUT端的輸出電流漸漸減少為零可降低電流突然為零（即非自動(dòng)下降時(shí)）時(shí)出現的“POP”噪聲（即POP減噪），它可在聲音數據編碼時(shí)由用戶(hù)選擇與編程，其信息與聲音數據通常被存貯在存貯器中。

圖3中還給出了S1脈沖觸發(fā)及電平觸發(fā)的COUT時(shí)序圖，S2～S4的COUT時(shí)序圖則與S1完全一致。而SBT信號僅給出了脈沖觸發(fā)的時(shí)序圖，其電平觸發(fā)時(shí)序可參考S1時(shí)序。

4 典型應用

圖 4為 IS22C011／20的典型應用電路（LED1、LED2為020的驅動(dòng)方式），圖中的三極管的β值應大于130、SP可選用8Ω、1／4W的揚聲器。圖5為芯片串聯(lián)使用時(shí)的電路圖，該電路的語(yǔ)音長(cháng)度為兩片之和。圖6為并聯(lián)使用時(shí)的電路圖，其語(yǔ)音段可由8段擴展為16段，也可混音輸出。