电子语音存储电路

1、电子语音存储电路摘要目前基于单片微机的语音系统的应用越来越广泛，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统、排队机、监控系统语音报警以及公共汽车报站器等等。本文作者用Flash单片机AT89C2051和数码语音芯片ISD2500设计了一套智能语音录放系统，实现了语音的分段录取、组合回放，通过软件的修改还可以实现整段录取，循环播放。本文在分析了ISD语音处理器件在工作机制的基础上，介绍了用单片机跟踪各语音段的地址变化和记录各段起止地址以及根据各段的地址进行随机组合放音的方法。介绍了由Flash单片机AT89C2051及数码语音芯片ISD2500组成的电脑语音系统。设计出了系统的硬件电路，给

2、出了录、放音实用的源程序。提出了通用的硬件设计方案，给出了实际应用的电路图和软件流程。关键词：AT89C2051单片机 ISD2000语音芯片 分段录音 组合回放Based on the current single-chip computer voice system of more extensive, such as the computer voice bell, voice, digital multimeter, phone calls enquiry system, Queue, voice alarm and monitoring system at the bus stati

3、on, etc. The author used Flash Microcontroller AT89C2051 and digital voice ISD2500 chips designed a smart voice recording system and realized the voice of the Sub-taking, portfolio intervals, through software changes can also realize the whole admission, the loop. Based on the analysis of the ISD vo

4、ice processor in the working mechanism on the basis on the track with the voice of the SCM address change and record the beginning and end of the address and the address in accordance with paragraphs random playback combination of methods. Introduced by Flash Microcontroller AT89C2051 and digital vo

5、ice chip ISD2500 voice of the computer system. To design the system hardware circuit, is given, for playing practical source. Put forward a common hardware design, given the practical application of the circuit and software processes.Key words: AT89C2051 ISD2500 subsection record combination return

6、play1前言 现代电子、电器产品及设备的智能化水平不断提高，在人机界面设计上不但有了文字标识、发光管指示、显像屏显示等视觉表达，而且还有各种听觉表达，如最简单的“滴滴、嘟嘟”讯响声、稍丰富些的音乐声，甚至用人的语言直接对用户“说话”等。用简单的数码语音集成电路可以实现一句或多句语言的播放，如掩模芯片中的“欢迎光临”、“有电危险、请勿靠近”等，还有如ISD系列、APR9600（IVS1560）等芯片可由开发人员或用户任意录制、播放需要的一段或几段语音等。在听觉表达中最复杂的就是语音的组合，它是将用户预存的多段语音选择顺序连续播放，将字或词素组合成一句话、甚至一段话播放出来，从而实现最准确、定量

7、的语义表达，例如“嘟，现在温度37.5度，温度偏高”、“现在时间五点二十五分三十三秒”等。传统语音组合电路的设计十分复杂，开发工具十分昂贵，语音录制及软件编制工作量巨大，而且组合出来的语音效果也不甚理想，尤其在投资不大的产品、系统中最为突出，从而制约了这一技术的应用和发展。只在近一、两年来，模拟存储语音技术的ISD芯片及其廉价的开发编辑工具问世后，情况才大为改观。现在已有专业公司开发出通用ISD语音组合模块，用户只需要在ISD语音芯片中分段录入要求的词素，即可方便地用单片机控制输出这些词素的任意组合成句、成段，词素的语音容量从20秒至480秒甚至更长，以至可以容纳所有的中文汉字发音。下面介绍一

8、种用途最广泛的通用语音组合模板的设计与应用。3 系统框图语言系统主要有录音、标准放音、SP放音、SSP放音、暂停、书签等操作方式，其中SP、SSP放音是自动断句放音，系统自动识别一个语句的开始位置，遇到静音区后暂停，暂停时间为句子放音时间长度的1.5倍，然后自动继续下一语句或自动重复该语句两遍后系统继续下一语句；书签功能是可记忆5个位置，按相应的书签按键可从该位置开始放音。主程序软件框图如图2所示，上电后进入系统主程序，初始化各种参数，系统等待键盘操作或主控机的命令；收到命令后进入相应的工作模式，完成任务再返回到命令等待模式。4 系统核心芯片介绍 41 ISD系列语音电路介绍过去，数码语音的开

9、发设计不但结构设计复杂、编程录制麻烦、开发生产成本高，而且音质欠佳，难以实用。现在，一切都发生了彻底的改变：单芯片设计、任意语言音乐随录随放、断电语音不丢失、音质接近磁带效果、控制功能强大、价格低廉等等，这一切就是ISD数码语音电路给我们带来的变革。在多媒体技术广泛应用、市场竞争日益激烈的今天，几乎所有的产品都更注重人机界面的友好性、易用性和安全性，人性化的语音提示是最自然、最廉价、最有效的手段，它可以为您设计的产品升级换代，让您的新产品“开口说话”，使它更具说服力、竞争力。ISD系列语音电路是美国ISD（Information Storage Device）公司的专利新产品，它打破了传统的先

10、A/D再D/A的模式，而采用独特的直接存储模拟信号技术，从而大大提高了存储密度，且使模拟信号得到永久保存。ISD系列电路以其音质自然、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗、抗断电等众多优点立即在语音应用领域确立了其不可争辩的霸主地位，它在通讯设备、智能仪表、治安报警、语音报站、报数报价、语音讲解、语音记录、语音复读、教学仪器、智能玩具、电子礼品等场合获得了广泛的应用。42 电路特点与性能无需开发系统，随录随放自动节电，维持电流0.5-1uA不耗电信息保存100年（典型值）100,000次录音周期（典型值）5V或3V单电源工作DIP、COB、SOIC民级及工业级封装使用方便的10秒至16分钟语音

11、录放多段信息处理，可分1至800段高质量、自然的语音还原技术片内免调时钟，可选外部时钟边沿/电平触发放音兼容手动控制/微处理器控制兼容多片直接级联，延长录放时间ISD语音电路主要有1200、1400、2500、3300、4000五大系列产品，它们的主要存贮时间及性能如下表所示：器件型号 存储时间 采样频率 最大段数 控制方式 电压ISD1210 10秒 6.4 80 地址并行 5VISD1420 20秒 6.4 160 地址并行 5VISD2560/90/120 60/90/120秒 8.0/5.3/4.0 600/600/600 地址并行 5VISD33060/120/240 60/120/

12、240秒 8.0/8.0/4.0 400/800/800 SPI串行 3VISD4002-2/3/4 2/3/4分钟 8.0/5.3/4.0 600 SPI串行 3VISD4003-4/6/8 4/6/8分钟 8.0/5.3/4.0 1200 SPI串行 3VISD2500-8/12/16 8/12/16分钟 8.0/5.3/4.0 2400 SPI串行 3V美国ISD公司的2500芯片，按录放时间60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2575、2590和25120四个品种。ISD2500系列和1400系列语音电路一样，具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内E2

13、PROM容量为480K(1400系列为128K)，所以录放时间长；有10个地址输入端(1400系列仅为8个)，寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联。43 ISD2500系列管脚说明电源(VCCA,VCCD): 芯片内部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上，这样可使噪声最小。模拟和数字电源最好分别走线，尽可能在靠近供电源处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。地线(VSSA,VSSD): 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两脚最好在引脚焊盘上相连。节电控制(PD): 本端拉高使芯片停止工作，进入节电状态。芯片发生溢出，即/OVF

14、端输出低电平后，要将本端短暂变高复位芯片，才能使之再次工作。片选(/CE): 本端变低后（而且PD为低），进行录放操作。在本端的下降沿锁存地址线和P/-R端的状态。录放模式(R/-R): 本端状态在/CE的下降沿锁存。高电平放音，低电平录音。录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到/CE或PD变高，或内存溢出；如果是前一种情况，会自动在录音结束时写入EOM标志。放音时，由地址端提供起始地址，放音持续到EOM标志。如/CE一直为低，或电路工作在某些操作模式，放音会忽略EOM，继续进行下去。信息结尾标志(/EOM): EOM标志在录音时自动插入到该信息的结尾。放音遇到EOM时，本端输出低电平脉冲。

15、芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5v时，本端变低，芯片只能放音。溢出标志(/OVF): 处于存储空间末尾时，本端输出低电平脉冲表示溢出，之后，本端状态跟随/CE端的状态，直到PD端变高。本端可用于级联。话筒输入(MIC): 本端连至前置放大器。自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在到-15至24db。外接话筒应通过串联电容耦合到本端。 耦合电容值和本端的10K输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。话筒参考(MIC REF): 本端是前置放大器的反向输入，当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。自动增益控制(AGC): AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电

16、平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于本端的5 K输入阻抗和外接的对地电容（即线路图中C2）的时间常数。释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻(即线路图中R2和C2)的时间常数。470 K 和4.7UF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。模式输出(ANA OUT): 前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端电平。 模拟输入(ANA IN): 本端为芯片录音信号输入。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的3 K输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端（绕过了ISD的前

17、置）。喇叭输出(SP+，SP-): 这对输出端能驱动16以上的喇叭（内存放音时功率为12.2mw，AUX IN放音时功率为50mW）。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高到4倍。录音和节电模式下，它们保持为低电平。注意：多个芯片的喇叭输出端绝对不能并联，否则可能损坏芯片！不用的喇叭输出端绝对不能接地！辅助输入(AUX IN): 当/CE和P/-R为高，放音不进行，或处于放音溢出状态时, 本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。当多个2500芯片级联时,后级的喇叭输出通过本端连接到本级的输出放大器，为防止噪声，建议在放内存信息时，本端不要有驱动信号。外部时钟(XCLK): 本端内部有下拉元件，不用时应接地。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+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如前表所示；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。地址/模式输入(Ax/Mx): 地址