用ISD器件實(shí)現現場(chǎng)語(yǔ)音分段錄音與隨機組合放音

摘要：在分析了ISD語(yǔ)音處理器件在工作機制的基礎上，介紹了用單片機跟蹤各語(yǔ)音段的地址變化和記錄各段起止地址以及根據各段的地址進(jìn)行隨機組合放音的方法。提出了通用的硬件設計方案，給出了實(shí)際應用的電路圖和軟件流程?？偨Y了使用ISD器件的注意事項。

關(guān)鍵詞：ISD語(yǔ)音處理器件 信息段 單片機 定時(shí)器 中斷

對一些語(yǔ)音內容不固定并要求現場(chǎng)錄音和放音的系統，采用一般語(yǔ)音芯片實(shí)現，錄放音的質(zhì)量難以控制。美國ISD（Information Storage Devices）公司的ISD系列芯片采用直接模擬存儲專(zhuān)利技術(shù)，把語(yǔ)音信號以原始的模擬形式直接存儲在片內EEPROM存儲器中，無(wú)需進(jìn)行A/D轉換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、可反復錄放、無(wú)需專(zhuān)用的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具、能隨意列改內容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)，很適合于現場(chǎng)錄放音系統。

但是ISD器件只有地址輸入線(xiàn)，在分段錄放音時(shí)，其內部各語(yǔ)音段的地址無(wú)法直接讀出。雖然通過(guò)專(zhuān)用的ISD開(kāi)發(fā)設備可以讀出地址，但無(wú)法實(shí)現現場(chǎng)多次重復的錄放音操作，不具有實(shí)時(shí)性。我們在實(shí)踐中，通過(guò)分析ISD的工作原理和內部特性，用單片機的定時(shí)中斷來(lái)計算各段的時(shí)長(cháng)和起始地址，從而實(shí)現了分段錄音與組合放音。該方法已應用在電纜故障自動(dòng)定位儀中。

1 ISD 2500系列芯片簡(jiǎn)介

ISD公司的2500系列芯片，按錄放時(shí)間60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2575、2590和25120四個(gè)型號。ISD器件設有OVF（溢出）端，便于多個(gè)器件級聯(lián)。

ISD2500系列片內EEPROM容量都為480K，最多能分600段。四個(gè)型號的不同錄放時(shí)間是靠不同的輸入采樣率來(lái)實(shí)現的，它們分別為：8.0、6.4、5.3、4.0kHz。

DIP器件封裝為28腳，各引腳功能如下：

1～7 A0/M0～A6/M6地址/模式選擇

8～10 A7～A9輸入地址線(xiàn)

11 AUX IN輔助輸入

12、13 VSSD、VSSA數字地和模擬地

14、15 SP+、SP-揚聲器輸出

16 VCCA模擬信號電源正極

17、18 MIC、MIC REF 麥克風(fēng)輸入端和輸入參考端

19 AGC自動(dòng)增益控制

20、21 ANA IN、ANA OUT 模擬信號輸入和輸出

22 OUF 溢出

23 CE 片選（低電平允許芯片工作）

24 PD 芯片低功耗狀態(tài)控制

25 EOM 錄放音結束信號輸出

26 XCLK 外部時(shí)鐘

27 P/R 錄/放控制選擇

28 VCCD 數字信號電源正極

2 工作原理

2500系列有10個(gè)地址輸入端A0～A9，錄址能力可達1024位，地址空間為0～1023。其分配情況是：地址0～299作為分段用，地址600～767未使用，地址768～1023為工作模式選擇（即A8、A9均為高）。2500系列的地址線(xiàn)有兩種用途，一是作為工作模式控制，二是作為分段錄放音的起始段地址。當最高位地址（MSB）A8、A9都為高電平時(shí)（即地址768～1023），地址端A0～A6就作為工作模式選擇端M0～M6，對應7種工作模式。當A8、A9任一位為低或都為低時(shí)（即地址0～599），只要在分段錄/放音操作前（不少于300ns）給地址A0～A9賦值，操作就從該地址開(kāi)始。

2500系列語(yǔ)音芯片將480K的EEPROM分為600個(gè)信息段，每段800個(gè)字節。作為一個(gè)整體單位進(jìn)行尋址和控制，應給每個(gè)信息段分配一個(gè)供外部控制的地址，而不是對每個(gè)字節進(jìn)行尋址，否則至少需要19個(gè)地址端口。這樣，大大減少了信息檢索所需要的地址線(xiàn)。對較長(cháng)的語(yǔ)音信號可以跨越多個(gè)信息段進(jìn)行錄音，不受內部存儲信息段的限制，且內部的信息段址會(huì )自動(dòng)增加。在每個(gè)語(yǔ)音段的尾部自動(dòng)增加一個(gè)結束標志EOM，組合放音時(shí)，通過(guò)檢測EOM來(lái)控制各語(yǔ)音段的結束和下一段的開(kāi)始。

每個(gè)信息段的錄放音時(shí)間等于總時(shí)間除以600。如ISD2560的總時(shí)間為60s，則每個(gè)信息段的錄放音時(shí)間為100ms；ISD25120的總時(shí)間為120s，則每個(gè)信息段的時(shí)間為200ms。因此可以利用該時(shí)間長(cháng)度作為一個(gè)段地址，通過(guò)單片機定時(shí)器的計時(shí)平行地映射信息段的地址，從而得到每段錄音的起始地址。這樣，就需要設置一個(gè)地址計數器。一般錄音從0地址開(kāi)始，首先通過(guò)CPU將它賦給A0～A9，然后通過(guò)單片機控制ISD啟動(dòng)錄音，同時(shí)啟動(dòng)單片機的定時(shí)器開(kāi)始計時(shí)，每到一個(gè)信息段的時(shí)間，就給地址計數加1。當單片機停止控制ISD錄音時(shí)，同時(shí)停止定時(shí)器計時(shí)。此時(shí)地址計數器的值即為該段語(yǔ)音的未地址，加1即為下一段語(yǔ)音的首地址，并將它存在EEPROM中，為下一將放音提供的地址信息。通過(guò)CPU將該地址賦給A0～A9，即可錄制下一段語(yǔ)音。依次下去，即可在錄制完所有語(yǔ)音段的同時(shí)得到各段的起始地址。如果不是從0地址開(kāi)始的語(yǔ)音段，只需將初始地址賦給A0～A9，加上地址計數器的值，即可得到語(yǔ)音段的末地址。這里不用同時(shí)保存各語(yǔ)音段的起始地址和結束地址，因為各個(gè)段是相鄰的，前一段的末地址加1即是本段的起始地址，且每個(gè)語(yǔ)音段的結尾均有EOM標志，并可發(fā)出中斷。放音時(shí)利用它和保存在EEPROM中各語(yǔ)音段的起始地址即可按任意順序組合各個(gè)語(yǔ)音段。

3 硬件電路設計

系統硬件電路框圖如圖1所示。ISD器件選用錄音時(shí)間為120s的ISD25120器件，以單片機為處理機，外接控制每個(gè)語(yǔ)音段錄音開(kāi)始與停止按鍵，外部存儲器EEPROM用于保存每個(gè)語(yǔ)音首地址。ISD的外圍電路及其與單片機連接的硬件電路如圖2所示。

ISD與89C51的接口部分包含輸入地址線(xiàn)A0～A9、片選CE（CE=0選中ISD芯片）、芯片低功耗狀態(tài)控制PD、錄放音控制選擇P/R（P/R=0為錄音；P/R=1為放音）、錄放音結束信號輸出EOM，將它作為89C51外部中斷0的輸入信號，放音時(shí)通過(guò)它告知本語(yǔ)音段結束，便于單片機立即播放另一個(gè)語(yǔ)音段；我們需要的語(yǔ)音總時(shí)間小于120s，溢出端VOF未用；若需要總時(shí)間大于120s，可經(jīng)級聯(lián)多個(gè)ISD25120，此時(shí)需要使用溢出端VOF。ISD25120一共需要11根控制線(xiàn)和一個(gè)外部是中斷口，這里11根控制線(xiàn)使用89C51的P1和P3的部分端口，若系統中其它電路占用了部分P1，則可使用其它I/O口擴展器件（如82C55、373等）的擴展I/O口來(lái)控制ISD25120。ISD25120的其它管腳所連電路為典型外圍器件配置，用于模擬語(yǔ)音的輸入輸出。

4 軟件設計

按照前面的分析和硬件原理圖，軟件部分主要涉及啟動(dòng)錄音和停止錄音、啟動(dòng)放音和停止放音、檢測EOM信號的外部中斷0、定時(shí)中斷等六個(gè)子程序模塊。播放語(yǔ)音時(shí)，語(yǔ)音段尾的EOM信號觸發(fā)外部中斷0，進(jìn)入服務(wù)子程序。首先停止語(yǔ)音播放，然后設置下一段語(yǔ)音播放標志。各個(gè)語(yǔ)音段的組合播放順序由主程序根據外部情況或設置情況自動(dòng)變動(dòng)，如在電纜故障自動(dòng)定位儀中，測試出故障點(diǎn)后，根據故障點(diǎn)的距離組合存放數字的各個(gè)語(yǔ)音段進(jìn)行播放。定時(shí)中斷采用工作方式2，定時(shí)周期為5ms。為產(chǎn)生ISD25120每個(gè)信號段的200ms時(shí)間，設置一個(gè)定時(shí)計數器，計滿(mǎn)40次定時(shí)周期即得到200ms的時(shí)間，產(chǎn)生一次中斷。六個(gè)子程序模塊的軟件流程如圖3～圖8所示。

5 本方法的特點(diǎn)

（1）能進(jìn)行在系統現場(chǎng)錄音，隨錄隨放，修改語(yǔ)音方便。

（2）修改錄音內容時(shí)，可以從其中任意一段開(kāi)始，修改其后的所有錄音內容，不必從第一段開(kāi)始全部修改。這對一些需要廠(chǎng)家固定一些語(yǔ)音段的系統很有好處，將固定的語(yǔ)音段放置在前面的段落中，允許用戶(hù)錄制的放在后面，用戶(hù)修改錄音內容時(shí)只需修改后面的語(yǔ)音段即可，不影響廠(chǎng)家錄制的語(yǔ)音。

（3）分段靈活。單片ISD可分1～600個(gè)段，若多片級聯(lián)還可更多；各個(gè)錄音段的長(cháng)度任意，只要總錄音時(shí)間在所用器件的總時(shí)間之內即可。工

（4）價(jià)格便宜。錄制語(yǔ)音時(shí)，只需用軟件立即可得到各段的地址進(jìn)行錄音，不需專(zhuān)用的設備。

6 使用ISD器件應注意的幾個(gè)問(wèn)題

（1）ISD語(yǔ)音段尾的EOM標志并不是器件檢測到語(yǔ)音結束時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生，實(shí)際是通過(guò)控制器件的工作方式來(lái)停止錄音而產(chǎn)生的。在錄音狀態(tài)下將CE和PD置高時(shí)，則停止錄音，在語(yǔ)音段尾產(chǎn)生EOM標志；同時(shí)ISD器件在播放時(shí)遇到段尾的EOM時(shí)也并不自動(dòng)停止播放，必須用中斷捕捉它后，再用軟件停止播放。

（2）ISD器件的音頻信號輸出功率很小，并不能直接驅動(dòng)揚聲器，需要加音頻功放，如LM386。同時(shí)ISD送出的信號直流分量，直接加在LM386上，會(huì )使它處于飽和狀態(tài)，無(wú)聲音輸出，需要通過(guò)電容耦合送入LM386，隔斷直流。

（3）ISD的CE、P/R、PD在接控制信號時(shí)，一定要保證復位時(shí)為高電平。否則上電或復位時(shí)全為低，恰好處于錄音狀態(tài)，會(huì )沖掉芯片中原來(lái)的錄音。