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1、10,1,第十章 ISD1420 语音接口芯片及其应用 近几年语音电路发展极为迅速，在单片机系统中的应用越来越广。语音接口作为输出口时，主要用于报告运行状态、运行结果、提示系统操作过程及故障报答等；作为输入时、则主要是语音的记录、语音库的建立和语音的识别。,10,2,10.1 ISD1420 语音接口芯片 在单片机应用系统中，语音接口有如下特点：第一，语音输出的基本词汇都是确定的，且数量有限，如故障提示、操作提示、运行结果报告等；第二，充分发挥单片机灵活的控制功能，根据系统的实时状态结果，选择合适的语音词汇或语言段随时组合输出；第三，写入后不易遗失，修改方便。,10,3,现在语音处理合成芯片很
2、多，大多均是先将语音经A/D转换后存入存贮器中，放音时取出再经D/A转换输出。美国信息存贮器件公司推出的ISD系列语音电路采用直接模拟存贮技术，不需要专用开发工具、编程器，它操作简单，接口灵活，因此深受广大单片机应用人员的欢迎。国内许多厂家在生产语音板，大多以该公司ISD系列芯片为核心构成。现以ISD1400系列中ISD1420芯片为例，介绍语音电路与单片机的应用接口。,10,4,一、ISD1420芯片的特点外围元件简单，仅需少量阻容元件、麦克风即可组成一完整录放系统；模拟信息存贮重放音质极好，并有一定混响效果；待机时低功耗（仅05 A），典型放音电流15mA；放音时间20s，可扩充级联；可持
3、续放音，也可分段录放，最小分段20s/160段0125s/段，可分段数160段；,10,5,录放次数达10万次；断电信息存贮，无需备用电池，信息可保存100（年）；操作简单，无需专用编程器及语音开发器；高优先级录音，低电平或负边沿触发放音；单电源供电，典型电压十5V。,10,6,二、内部结构介绍 ISD1420语音芯片内部结构框图如图10.1-1所示。前置放大器对通过麦克风（MIC）送入的语音信号进行放大，并受自动增益电路AGC控制，保证输入信号大小变化时不失真。前置放大器输出（ANOUT）的信号可通过电容耦合送入（ANIN）信号放大器，也可通过电容耦合直接输入其它模拟信号，如录音机等的线路输
4、出，输入信号典型值为50mV（峰一峰）。,10,7,信号放大器输出送入（五阶）滤波器，在采样时钟和模拟收发器控制下进行比较采样，存入不易失真模拟存贮器单元。录入信号输出经滤波器、输出放大器送到扬声器引脚SP+、Sp-，从而完成语音的重放。地址线（A0A7）经缓冲器、译码器控制管理存贮单元，控制逻辑控制芯片（PLAYL、PLAYE、REC、RECLED）的录、放和触发控制以及输出指示等。内部时钟及定时器、采样时钟为采样等提供时钟脉冲信号。,10,8,ISD1420语音芯片内部结构框图,10,9,三、ISDl420封装及引脚介绍 ISD1420DIP硬封装和COB软封装均为28管脚器件，其引脚如图
5、10.1-2所示。各引脚功能如下：A0A7（16、9、10脚），地址或操作模式控制端；NC（7、8、11、22脚），空脚；VSSD（12脚），数字地；VSSA（13脚），模拟地 SP、SP-（14、15脚），音频信号输出端，驱动816扬声器；,10,10,VCCA（16脚），模拟电源；MIC（17脚），话筒输入端，可用驻极体话简，通过电容耦合；MICRef（18脚），话筒输入参考端，若不用，浮空；AGC（19脚），自动增益控制端，调整芯片内部前置放大器增益，使录入信号不失真；ANAIN、ANAOUT（20、21脚），模拟信号输入、输出端，两端间接电容，该端可用于模拟信号的直接输入；,10,11
6、,PLAYL（23脚），电平放音控制（低电平有效）；PLAYE（24脚），边沿触发放音控制；RECLED（25脚），录音指示 XCLK（26脚），外部时钟或接地；REC（27脚），录音/放音控制，高电平为放音，低电平为录音。VCCD（28脚），数字电源。,10,12,四、ISD1420基本技术指标（均为典型值）工作电源+5V 静态电流10A；工作电流15mA 信噪比S/N=43DB 录音时间：20s 每基本段时间长度：20s160段=0.125s段。,10,13,10.2 ISDI420与单片机接口举例 以MCS-51系列单片机为核心的一般工业控制系统均以亮灯或响铃报警提示，而配上语音接口后可
7、实现多路信息的语音报警提示，提高系统的整体水平，增强报警效果。,10,14,一、硬件联接 如图10.2-1所示，单片机8031通过一片74LS377锁存器实现对ISDI420的多种控制操作，其语音接口地址为7FFFH。D6控制放音开始，D7控制录音、放音选择，A0、A1固定接地，8031输出数据D0D7与ISD1420录放控制码对应关系见表10.2-1，本例共分40段，每段时间长度05s。,10,15,10,16,二、录入语言信息 本系统以语音方式报温度值、压力值、流量值。需录入的单字有数字“09”，及“千”、“百”、“十”、“度”、“点”、“帕”等，05s一个单字。词段有“当前时间”，15s
8、；“当前温度”，需15s。假设段码值放入40H单元，子程序如下：,10,17,RECORD:MOV DPTR，7FFFH；语音接口地址 MOV A，0FFH MOV DPTR，A；送停止录放音码 MOV A，40H；录音控制码由40H送入A ACALL TIMA；延时20ms MOVX DFTR，A ACALL TIMB；延时05s对麦克风发音;录单字，如数字“1”，“千”MOV A，0FFH MOVX DPTR，A；停止录音 RET,10,18,此子程序段可反复调用。当录入词段时，则根据词段长度增加延时及地址段长度。如录入“当前时间”字段需155，占用三个地址段长；首地址为42H，下一字段地
9、址码则为45H。,10,19,三、放音程序（1）放音子程序 PLAY：MOV DFTR，#7FFFH MOV A，0FFH；复位信号 MOV DPTR，A MOV A，40H；放音地址及控制码由40H送A ACALL TIMA；延时20MS MOVX DPTR，A ACALL TIMB；延时放音时间;（单字时05s，词段时1.5s）MOV A，0FFH；停止放音 MOVX DPTR，A RET,10,20,（2）放音实例 例 放音内容为“当前水压285kPa”，各字段录入顺序如下表。,10,21,程序入口：百位数、十位数、个位数的控制码 分别存放在R0、Rl、R2。程序如下：ALARM：MOV
10、 40H，8EH；“当前水压为”字码 ACALL PLAY；调放音（子程序延时15s）MOV 40H，R0；“2”ACALL PLAY MOV 40H，8BH；“百”ACALL PLAY,10,22,MOV 40H，R1；“8”ACALL PLAY MOV 40H，8CH；“十”ACALL PLAY MOV 40H，R2；“5”ACALL PLAY MOV 40H，8AH；“千”ACALL PLAY MOV 40H，8DH；“帕”ACALL PLAY END,10,23,问题上例中的百位数、十位数、个位数的控制码为什么存放在R0、Rl、R2？40H在程序中起何作用？,10,24,语音程序设计要
11、点：录音编码设计录音子程序设计录音编码地址表放音编码设计放音子程序设计放音编码地址表主程序设计结 论：各段语音存放在ISD1420由A7A2决定的地址单元中；各段语音的录音由录音编码RD=0、PL=1和A7A2决定；各段语音的放音由放音编码RD=1、PL=0和A7A2决定；录音编码/放音编码可以以表格的形式存放在各类存储器中；编写相应的录音/放音子程序。,10,25,例1 黄山诗一首黄山巍巍劲松翠，石猴观海游人醉。一望无际好风景，乐在天涯展心扉。试将此诗语音编码存入程序存储器，控制录音/播放。,10,26,技术路线硬件设计（同上）P1.0控制录音 P1.1控制播音 P1.2控制录/放录音编码设
12、计录音子程序设计录音编码地址表放音编码设计放音子程序设计放音编码地址表主程序设计,10,27,程序设计录音子程序将“黄山”语音录入STARTR：MOV DPTR，#RTABAL MOV R7，#NN（1CH）NEXTR：CLR A MOVC A，A+DPTR MOV 50H，A LCALL RECORD0 INC DPTR DJNZ R7，NEXTR RETRTABL：DB 40H，41H，42H，43H，44H，45H，46H（8040H）黄 山 巍 巍 劲 松 翠,10,28,RECORD0：PUSH DPH；保护现场 PUSH DPL MOV DPTR，7FFFH；语音接口地址 MOV
13、A，0FFH MOVX DPTR，A；送停止录放音码 MOV A，50H；录音控制码由50H送入A ACALL TIMA；延时20ms MOVX DFTR，A ACALL TIMB；延时05s对麦克风发音录单；字，如“黄”，“山”等 MOV A，0FFH MOVX DPTR，A；停止录音 POP DPL；恢复现场 POP DPH RET,10,29,放音子程序将“黄山”语音播放PSTART:MOV DPTR，#PTABAL MOV R7，#NN（1CH）NEXTP：CLR A MOVC A，A+DPTR MOV 50H，A LCALL PLAY0 INC DPTR DJNZ R7，NEXTP
14、RETPTABL：DB 80H，81H，82H，83H，（8080H）黄 山 巍 巍 84H，85H，86H 劲 松 翠,10,30,PLAY0：PUSH DPH；保护现场 PUSH DPL MOV DPTR，#7FFFH MOV A，0FFH；复位信号 MOV DPTR，A MOV A，50H；放音地址及控制码由50H送A ACALL TIMA；延时放音时间；（单字时05s，词段时1.5s）MOVX DPTR，A ACALL TIMB MOV A，0FFH；停止放音 MOVX DPTR，A POP DPL；恢复现场 POP DPH RET,10,31,主程序设计MAIN：MOV SP，#60
15、H MOV P1，#00HWAITR：JNB P1.0 WAITR；判断录音否？LCALL RSTART SETB P1.3 WAITP：JNB P1.1 WAITP；判断播音否？LCALL PSTART SETB P1.4 JNB P1.2 WAITR；录音/播音？SETB P1.5 SJMP WAITP,10,32,操作说明先将K0=1、K2=1录音操作，LED0亮表示录音结束然后使K1=1 放音，LED1亮表示放音结束若需重新录音，则将K2=0，否则，LED2亮表示可以重复放音 课题简介 本课题采用单片微机控制、先进的语音电路、优美的图片、美妙的音调、和谐的诗韵，将您带入黄山佳景，领略大
16、自然的恩赐，享受诗情画意的奥妙。设计人员：2000级“单片微机控制技术”课题组设计单位：山东大学物理与微电子学院,10,33,四、ISD系列语音芯片应用中应注意的问题 1ISD系列器件所有地址端、控制端和TEST/CLD端必须可靠接高电平或低电平，而可悬空，否则可能出现停止播放的情况。2为充分发挥其优质高保真特点，应注意以下几点：（1）AGC阻容，尽量靠近ISD，旦连线尽量短；（2）电源线和地线宽度应在08mm以上；（3）选用优质驻极体话筒；,10,34,（4）话筒信号耦合电容与连接MICREF端到模拟地的电容要相同；（5）电源内阻低且无噪音。3ISD的SP+、Sp-端一定不要接地，只能接喇叭
17、或悬空。外接功放器时，采用单端输出，另一端接10F电容到地或悬空，否则ISD会损坏。4国内部分厂家语音芯片与ISD芯片标准信号对应如下：SR9F26一ISD1020A（硬封装）SR9G16/SR9G26-ISD1416/ISD1420（硬封装）HY420/SRG26R-ISD1420（软封装）HY410ISDl110（软封装）,10,35,美国ISD2500系列和3300系列增大了内存EEPROM容量，因此它们的录放音时间加长了。ISD2500系列录放音时间有60s、75s和90s三个品种，3300系列录放音时间有60s、75s、90s、120s、150s、180s和240s七个品种。这两个系
18、列都可方便地行级联。,10,36,【智能聋哑人对讲/助听/助说器】本项研究采用先进的语音合成技术、无线通讯技术以及科学的编码输入技术，由微电脑控制，集对讲机、助听器和助说器功能为一体的多用途智能仪器。本仪器具有体积小、重量轻、音质好、多功能、编码输入快捷、操作方便等特点。它既是聋哑人的理想伴侣，又是正常人的忠实朋友。,10,37,它将生活在无言无语、无声无息的寂寞世界的聋哑人带入欢声笑语、五彩缤纷的大千世界，使饱尝欲听无声、欲说不能之苦的聋哑人变得耳聪语明、梦想成真，给他们的家庭带来幸福、温馨。我们真诚希望每一位聋哑人都象正常人一样生活，象百灵鸟一样欢唱。让我们一起高歌“爱的奉献”：“只要人人
19、都献出一点爱，世界将变成美好的人间！,10,38,迎宾机器人设计,问题提出:百年校庆、众学子云集山大、旧居重游，作为主人理应盛情款待；展示新技术应用成果，施展新世纪大学生风采。迎宾机器人设计与研制。设计要求：自动判断宾至客归、问候、与客人对话、实时摄像等。,10,39,基本造型：三角铁框架 塑料包装监视器居中CCD摄像寓意系友永在学校心中对话/问候传感器电路功放电路。,10,40,技术路线,来客判断光电传感器/微波传感器逻辑判断方向（宾至/客归？）问候放音对讲录音/放音摄像CCD传感器监视器定时显示结论：单片微机控制/语音电路/逻辑电路/传感器/功放电路等。,10,41,硬件电路/软件程序设计从略参考“单片微机控制技术”一书相关章节设计人员：98级“传感器与微机应用技术”课题组设计单位：山东大学物理与微电子学院,10,42,习题十一、模拟招标诗画配模拟招标会，群英大荟萃。人人水平高，难煞众评委。个个方案好，乐坏招标队。单片机妙用，物理新一辈。要求同上例,10,43,二、旅游景点电子导游员设计三、动感装饰画的语音设计四、交通安全播音员设计五、山东大学物理与微电子学院电子解说员设计（中、英、日等）六、机器人的语音设计七、自动取款机、电话费自动查询语音设计八、公交车自动报站语音设计九、数字万用表设计十、语音报警设计,
