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摘要：ISD4044 是一種采用ChipCorder 專利技術(shù)的語(yǔ)音芯片。此芯片無(wú)須A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒(méi)有A/D 轉(zhuǎn)換誤差，在一個(gè)記錄位（BIT）可存儲(chǔ)250級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的A/D 記錄的8 倍。片內(nèi)集成了晶體振蕩器、麥克前置放大器、自動(dòng)增益控制等，只要很少的外圍器件，就可以構(gòu)成個(gè)完整聲音錄放系統(tǒng)。本文介紹了ISD4004 的原理、特點(diǎn)、功能及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：ISD4004 單片機(jī) 89C51

　　1 概述

　　ISD4004 是美國(guó)ISD 公司制造的一種新款語(yǔ)音芯片。與ISD 其它系列語(yǔ)音產(chǎn)品不同的是，ISD4004是一種微控制器“從”設(shè)備，而“主”控制器可以是內(nèi)置有SPI 兼容接口的微控制器，也可以用I/O 仿真SPI通信協(xié)議。ISD4004 系列工作電壓為3V，單片錄放時(shí)間為8～16 分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其它便攜式電子產(chǎn)品中。該芯片采用CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片的所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過(guò)串行通信接口（SPI 或Microwire）送入。ISD4004 采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、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”。采樣頻率可為4.0，5.3，6.4，8.0kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，音質(zhì)則有所下降， 片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100 年（典型值），反復(fù)錄音10萬(wàn)次。

　　2 引腳功能描述

　　ISD4004 的引腳排列如圖1 所示，各引腳功能如下：

　　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小，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+）：錄音信號(hào) 的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí)，信號(hào)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(dòng)時(shí)，信號(hào)最大幅度為峰峰值16mV，與ISD33000 系列相同。

　　反相模擬輸入（ANA IN-）：差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，為錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過(guò)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(dòng)5kΩ 的負(fù)載。片選（SS）：此端為低，即向該ISD4004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(shí)鐘上升沿之前半個(gè)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(shí)，本端呈高阻態(tài)。串行時(shí)鐘（SCLK）：ISD 的時(shí)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(kāi)路輸出。ISD 在任何操作（包括快進(jìn)）中檢測(cè)到EOM或IVF 時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI 周期開(kāi)始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。OVF 標(biāo)志用來(lái)指示ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾。只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的EOM 標(biāo)志時(shí)，此狀態(tài)位才置1。行地址時(shí)鐘（RAC）：漏極開(kāi)路輸出。每個(gè)RAC 周期表示ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行（ISD4004系列中的存貯器共2400 行）。該信號(hào)保持高電平的時(shí)間為175ms，低電平時(shí)間為25ms。在快進(jìn)模式，RAC 可保持高電平218.75μs，低電平31. 25μs。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。

　　3 工作原理與功能特性

　　ISD4004 聲音錄放采用CchipCorder 專利技術(shù)，即無(wú)須A/D 轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒(méi)有A/D轉(zhuǎn)換誤差，在個(gè)記錄位（BIT）可存儲(chǔ)250 級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的A/D 記錄的8 倍。

　　3.1 SPI（串行外設(shè)接口）ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK 的下降沿工作，因此對(duì)于ISD4004 而言，在時(shí)鐘上升沿將鎖存MOSI 引腳的數(shù)據(jù)，
而在下降沿則將數(shù)據(jù)送至MISO 引腳。

　　3.2 SPI 接口指令

　　SPI 的接口指令如表1 所列。

　　表1 SPI 的接口指令

　　3.3 SPI 端口的控制位

　　SPI 端口控制位如圖2 所示。

　　3.4 SPI 控制寄存器
　　SPI 控制寄存器控制器件可以實(shí)現(xiàn)如錄放、錄音、信息檢索（快進(jìn)）、上電/掉電、開(kāi)始和停止操作、忽略地址指針等功能。具體控制位如表2 所列。

　　當(dāng)IAB 置0 時(shí)，錄、放操作從A9～A0 地址開(kāi)始。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲(chǔ)空間，在操作到達(dá)該行末之前，應(yīng)發(fā)出第二個(gè)SPI 指令將IAB 置1，否則器件在同一個(gè)地址上將反復(fù)循環(huán)。這一點(diǎn)對(duì)語(yǔ)音提示功能很有用。RAC 腳和IAB 位可用于信息管理。

　　4 在智能控制中的典型應(yīng)用

　　本系統(tǒng)是以單片機(jī)，語(yǔ)音處理芯片及報(bào)警傳感器為基礎(chǔ)，利用公共電話網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)的智能家居服務(wù)系統(tǒng)。它具有以下主要功能：

　　（1）家電控制功能：打電話在通過(guò)密碼校驗(yàn)后，在語(yǔ)音的提示下，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制家電、查詢其工作狀態(tài)及家電定時(shí)操作。

　　（2）電話錄音功能：可來(lái)電留主及用戶自己錄音

　?。?）自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能：在無(wú)的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到非法闖入，能自動(dòng)拔打報(bào)警電話。在叫通后，能接報(bào)警信息以語(yǔ)音的形式發(fā)送出去。由上可以看到，在整個(gè)家居服務(wù)系統(tǒng)中，要多次實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示，應(yīng)答，查詢等功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)是靠單片機(jī)89C51 與ISD4004 之間的通訊來(lái)完成的。89C51 與ISD4004 的連接如圖3 所示圖中，ISD4004 的13 管腳是模擬語(yǔ)音信號(hào)的輸出端，輸出的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)LM386 功率放大器放大，然后經(jīng)過(guò)變壓器耦合到電話線上。

　　MIC 是麥克風(fēng)，即語(yǔ)音信號(hào)的輸入端，輸出的模擬語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)三極管組成放大器加到ISD4004 語(yǔ)音芯片的輸入端。
　　該系統(tǒng)的錄音子程序如下：
　　LUYIN： ；用戶錄音子程序
　　MOV R0，# # # # # # # # # #
　　ACALL FAST ；語(yǔ)音提示如何修改
　　JB P3.5，$
　　MOV A，#20H ；語(yǔ)音芯片上電
　　ACALL ISDX
　　SETB P1.0

　　ACALL YS50 ；上電延時(shí)
　　ACALL YS50
　　MOV A，# # # # #
　?。弧? # # # # #”表示是錄音具體地址
　　ACALL ISDX ；置錄音地址
　　MOV A，#0A0H
　　ACALL ISDX
　　SETB P1.0
　　LUY1：MOV R1，#20H ；錄音開(kāi)始
　　LUY2：ACALL YS50
　　DJNZ R1，LUY2
　　MOV A，#0B0H ；錄音
　　ACALL ISDX
　　SETB 1.0
　　JNB P3.3，$
　　LUY9：MOV A，#30H
　　ACALL ISDX
　　SETB P1.0
　　LUY3：MOV R5，#10H
　　LUY5：JNB P1.4，LUY4 ；檢查錄音是否超時(shí)
　　JNB P3.5，LUY3
　　DJNZ R5，LUY5
　　MOV A，#30H ；錄音停止
　　ACALL ISDX
　　SETB P1.0
　　LUY6：MOV R4，#0FFH
　　LUY7：MOV R5，#0FFH
　　LUY8：MOV R6，#0FFH
　　LUYA：JNB P3.5，LUY9
　　DJNZ R6，LUYA
　　DJNZ R5，LUY8
　　DJNZ E4，LUY7
　　SJMP GUANJI
　　LUY4：MOV R0，# # # # # #；“錄音超過(guò)，請(qǐng)重錄制”
　　ACALL FSAT
　　SJMP LUYIN
　　放音子程序：
　　FANGYI：MOV R0，# # # # # #；“提示放音程序開(kāi)始工作”
　　ACALL FAST
　　FANGY2：MOV R1，#0FFH
　　FANGY3：MOV R2，#0FFH
　　FANGY4：MOV A，#0FFH
　　MOV P0，A
　　SETB P0.7
　　SETB P0.4
　　CLR P0.5
　　SETB P0.6
　　MOV A，P0 ；讀8880 狀態(tài)寄存器
　　JB ACC.2，F(xiàn)ANGY6
　　FANGY6：DJNZ R2，F(xiàn)ANGY4
　　DJNZ R1，F(xiàn)ANGY3
　　SJMP GUANJI
　　CLR P0.4
　　MOV A，P0 ；讀8880 接收數(shù)據(jù)寄存器
　　ANL A，#0FH ；屏蔽高四位
　　CJNE A，#02H，F(xiàn)ANGYI；查詢是否“2”鍵按下，是則放音
　　FANGY5：MOV A，#0FFH
　　MOV P0，A
　　SETB P0.7
　　SETB P0.4
　　CLR P0.5
　　SETB P0.6
　　MOV A，P0
　　JNB ACC.2，F(xiàn)ANGY5
　　MOV R0，# # # # #
　　ACALL FAST
　　INC R0
　　SJMP FANGY2