語音芯片簡介：
以前，數(shù)碼語言的開發(fā)設(shè)計不但結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、編程錄制麻煩、開發(fā)生產(chǎn)成本高，而且音質(zhì)欠佳，難以實用。現(xiàn)在，一切都發(fā)發(fā)生了徹底的改變，ISD數(shù)碼語音電路給我們帶來了變革。
ISD系列語音電路是美國ISD（Information Storage DevICe）公司的專利新產(chǎn)品，它打破了傳統(tǒng)的先A/D在D/A的模式，而采用獨特的直接存儲模擬信號技術(shù)，從而大大提高存儲密度，且使模擬信號得到永久保存。ISD系列電路以其音質(zhì)自然、使用方便、單片存儲、反復(fù)錄放、低功耗、抗斷電等眾多優(yōu)點立即在語音應(yīng)用領(lǐng)域確立了其不可爭辯的霸主地位，它在通訊設(shè)備 、智能儀表、治安報警、語音報站、報數(shù)報價、語音講解、語音記錄、語音復(fù)讀、教學(xué)儀器、智能玩具、電子禮品等場合獲得了廣泛的應(yīng)用。
語音芯片具有可錄放型：即可隨錄隨放型，可以不斷擦除的FLASH芯片。
ISD系列：從10s到16分鐘的一系列芯片，以FLASHRAM閃爍存儲器為IC為介質(zhì)，斷電后語音還能保存。特點：內(nèi)部沒有單片機，語音的音質(zhì)是高保真的，不經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，控制有兩種：并口和串口控制，控制簡單，可以直接用按鍵控制錄放音。語音可以劃分256段語音。
APR系列：APR9301為單段30秒語音芯片，APR9600為40s到60s段語音長度可調(diào)錄放芯片，可分段錄放，斷電后語音能保村。特點：控制不方便。ISD語音電路主要有1200、1400、2500、3300、4000五大系列產(chǎn)品，他們的主要貯存時間及性能如下表所示
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器件型號
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存儲時間
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采樣頻率
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最大斷數(shù)
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控制方式
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電壓
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ISD1210
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10秒
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6.4
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80
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地址并行
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5V
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ISD1420
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20秒
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6.4
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160
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地址并行
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5V
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ISD2560/90/120
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60/90/120秒
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8.0/5. 3/4.0
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600/600/600
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地址并行
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5V
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ISD33060/120/240
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60/120/240秒
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8.0/8.0/4.0
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400/800/800
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SPI串行
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3
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ISD4002-2/3/4
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2/3/4分鐘
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8.0/5.3/4.0
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600
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SPI串行
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3V
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ISD4003-4/6/8
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4/6/8分鐘
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8.0/5.3/4.0
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1200
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SPI串行
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3V
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ISD-8/12/16
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8/12/16分鐘
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8.0/5.3/4.0
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2400
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SPI串行
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3V
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以ISD4002為例介紹：
●內(nèi)置微控制器串行通信接口
●3V單電源工作
●多段信息處理
●工作電流25-30mA,維持電流1μA
●不耗電信息保存100年(典型值)
●高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)
●10萬次錄音周期(典型值)
●自動靜噪功能
●片內(nèi)免調(diào)整時鐘,可選用外部時鐘
ISD4002系列工作電壓3V,音質(zhì)好,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù), 每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,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"�？稍跀嚯娗闆r下保存100年(典型值),反復(fù)錄音10萬次。
引腳描述
電源:(VCCA,VCCD) 為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。
地線:(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。
同相模擬輸入(ANA IN+) 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時,信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時,信號最大幅度為峰峰值16mV。
反相模擬輸入(ANA IN-) 差分驅(qū)動時,這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV
音頻輸出(AUD OUT) 提供音頻輸出,可驅(qū)動5KΩ的負(fù)載。
片選(SS) 此端為低,即向該ISD4003芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。
串行輸入(MOSI) 此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。
串行輸出(MISO) ISD的串行輸出端。ISD未選中時,本端呈高阻態(tài)。
串行時鐘(SCLK) ISD的時鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD,在下降沿移出ISD。
中斷(/INT) 本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進)中檢測到EOM或OVF時,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF標(biāo)志----指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。EOM標(biāo)志----只在放音中檢測到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時,此狀態(tài)位才置1。
行地址時鐘(RAC) 漏極開路輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行(ISD4003系列中的存儲器共產(chǎn)1200行，ISD4004系列中的存貯器共2400行)。該信號175ms保持高電平,低電平為25ms。快進模式下,RAC的218.75μs是高電平,31.25μs為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。
外部時鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在-6/+4%內(nèi),此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度,可從本端輸入外部時鐘(如附錄所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要,因內(nèi)部首先進行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。
自動靜噪(AMCAP) 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接1mF的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。大信號時,自動靜噪電路不衰減,靜音時衰減6dB。1mF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則禁止自動靜噪。
三、SPI(串行外設(shè)接口)
ISD4003工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作,因此對ISD4003而言,在時鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：
1、所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿。
2、SS在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。
3、數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入,在下降沿移出。
4、SS變低,輸入指令和地址后,ISD才能開始錄放操作。
5、指令格式是(5位控制碼)加(11位地址碼)。
6、ISD的任何操作(含快進)如果遇到EOM或OVF,則產(chǎn)生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。
7、使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進行的操作兼容。當(dāng)然,也允許在一個SPI周期里,同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)。
8、所有操作在運行位(RUN)置1時開始,置0時結(jié)束。
9、所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。
(一)信息快進
用戶不必知道信息的確切地址,就能快進跳過一條信息。信息快進只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍,遇到EOM后停止,然后內(nèi)部地址計數(shù)器加1,指向下條信息的開始處。
(二)上電順序
器件延時TPUD(8kHz采樣時,約為25毫秒)后才能開始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。
例如,從00從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時序:
1. 發(fā)POWERUP命令;
2. 等待TPUD(上電延時);
3. 發(fā)地址值為00的SETPLAY命令;
4. 發(fā)PLAY命令。
器件會從此00地址開始放音,當(dāng)出現(xiàn)EOM時,立即中斷,停止放音。
如果從00處錄音,則按以下時序:
1. 發(fā)POWER UP命令;
2. 等待TPUD(上電延時);
3. 發(fā)POWER UP命令
4. 等待2倍TPUD;
5. 發(fā)地址值為00的SETREC命令;
6. 發(fā)REC命令。
器件便從00地址開始錄音,一直到出現(xiàn)OVF(存貯器末尾)時,錄音停止。
指令表
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指令
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5位控制碼<11位地址>
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操作摘要
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POWERUP
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00100<XXXXXXXXXXX>
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上電:等待TPUD后器件可以工作
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SET PLAY
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11100< A10-A0>
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從指定地址開始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù)
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|
PLAY
|
11110<XXXXXXXXXXX >
|
從當(dāng)前地址開始放音(直至EOM或OVF)
|
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SET REC
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10100<A10 -A0>
|
從指定地址開始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù)
|
|
REC
|
10110< XXXXXXXXXXX >
|
從當(dāng)前地址開始錄音(直至OVF或停止)
|
|
SET MC
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11101<A10 -A0>
|
從指定地址開始快進。必須后跟MC指令快進繼續(xù)
|
|
MC
|
11111< XXXXXXXXXXX >
|
執(zhí)行快進,直到EOM.若再無信息,則進入OVF狀態(tài)
|
|
STOP
|
0X110< XXXXXXXXXXX >
|
停止當(dāng)前操作
|
|
STOP WRDN
|
0X01X< XXXXXXXXXXX >
|
停止當(dāng)前操作并掉電
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|
RINT
|
0X110< XXXXXXXXXXX >
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讀狀態(tài):OVF和EOM
|
注：快進只能在放音操作開始時選擇。
(三)SPI端口的控制位
(四)SPI 控制寄存器
SPI控制寄存器控制器件的每個功能,如錄放、錄音、信息檢索(快進)、上電/掉電、開始和停止操作、忽略地址指針等。詳見下表：
|
位
|
值
|
功 能
|
|
位
|
值
|
功 能
|
|
RUN
=
=
|
1
0
|
允許/禁止操作
開始
停止
|
|
PU
=
=
|
1
0
|
電源控制
上電
掉電
|
|
P/-R
=
=
=
|
1
0
|
錄/放模式
放音
錄音
|
|
IAB
=
=
|
1
0
|
操作是否使用指令地址
忽略輸入地址寄存的內(nèi)容
使用輸入地址寄存的內(nèi)容
|
|
MC
=
=
|
1
0
|
快進模式
允許快進
禁止
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P10-P0
A10-A0
|
|
行指針寄存器輸出
輸入地址寄存器
|
注：IAB置0時,錄、放操作從A10-A0地址開始。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲空間,在操作到達該行末之前,應(yīng)發(fā)出第二個SPI指令將IAB置1,否則器件在同一地址上反復(fù)循環(huán)。這個特點對語音提示功能很有用。RAC腳和IAB位可用于信息管理。SPI端口簡單框圖如下：
注意一：國內(nèi)用戶多習(xí)慣使用8031系列單片機做微控制器，與ISD33000、4000系列均可以方便地連接，ISD芯片需要3V穩(wěn)壓電源，信號線可直接使用3V或5V電平。
注意二：ISD4000系列芯片的控制方式與ISD33000系列完全相同，可相互參閱。
ISD4002/4003/4004芯片參數(shù)表
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型號
|
存儲時間（秒）
|
可分
段數(shù)
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信息分辯率（毫秒）
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采樣頻率(HZ)
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濾波器帶寬(HZ)
|
控制碼+地址位
|
控制指令字節(jié)數(shù)（8位）
|
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ISD4002-120
|
120
|
600
|
200
|
8.0K
|
3.4K
|
5+11
|
2
|
|
ISD4002-180
|
180
|
600
|
300
|
5.3k
|
2.3k
|
5+11
|
2
|
|
ISD4002-240
|
240
|
600
|
400
|
4.0k
|
1.7k
|
5+11
|
2
|
|
ISD4003-04
|
240
|
1200
|
200
|
8.0K
|
3.4K
|
5+11
|
2
|
|
ISD4003-06
|
360
|
1200
|
300
|
5.3K
|
2.3K
|
5+11
|
2
|
|
ISD4003-08
|
480
|
1200
|
400
|
4.0K
|
1.7K
|
5+11
|
2
|
|
ISD4004-08
|
480
|
2400
|
200
|
8.0K
|
3.4K
|
8+16
|
3
|
|
ISD4004-16
|
960
|
2400
|
400
|
4.0K
|
1.7K
|
8+16
|
3
|
|
