1、101第十章第十章 ISD1420 ISD1420 語音接語音接口芯片及其應用口芯片及其應用 近幾年語音電路發展極為迅速，在單近幾年語音電路發展極為迅速，在單片機系統中的應用越來越廣。片機系統中的應用越來越廣。v 語音接口作為輸出口時，主要用于語音接口作為輸出口時，主要用于報告運行狀態、運行結果、提示系統報告運行狀態、運行結果、提示系統操作過程及故障報答等；操作過程及故障報答等；v 作為輸入時、則主要是語音的記錄、作為輸入時、則主要是語音的記錄、語音庫的建立和語音的識別。語音庫的建立和語音的識別。10210.1 ISD1420 10.1 ISD1420 語音接口芯片語音接口芯片 在單片機應用系

2、統中，語音接口有如下特點：在單片機應用系統中，語音接口有如下特點：v第一，語音輸出的基本詞匯都是確定的，且數量有第一，語音輸出的基本詞匯都是確定的，且數量有限，如故障提示、操作提示、運行結果報告等；限，如故障提示、操作提示、運行結果報告等；v第二，充分發揮單片機靈活的控制功能，根據系統第二，充分發揮單片機靈活的控制功能，根據系統的實時狀態結果，選擇合適的語音詞匯或語言段隨的實時狀態結果，選擇合適的語音詞匯或語言段隨時組合輸出；時組合輸出；v第三，寫入后不易遺失，修改方便第三，寫入后不易遺失，修改方便。103v 現在語音處理合成芯片很多，大多均是先將語現在語音處理合成芯片很多，大多均是先將語音經

3、音經A/DA/D轉換后存入存貯器中，放音時取出再經轉換后存入存貯器中，放音時取出再經D/AD/A轉換輸出。轉換輸出。v 美國信息存貯器件公司推出的美國信息存貯器件公司推出的ISDISD系列語音電路系列語音電路采用直接模擬存貯技術，不需要專用開發工具、編采用直接模擬存貯技術，不需要專用開發工具、編程器，它操作簡單，接口靈活，因此深受廣大單片程器，它操作簡單，接口靈活，因此深受廣大單片機應用人員的歡迎。機應用人員的歡迎。v 國內許多廠家在生產語音板，大多以該公司國內許多廠家在生產語音板，大多以該公司ISDISD系列芯片為核心構成。現以系列芯片為核心構成。現以ISD1400ISD1400系列中系列中

4、ISD1420ISD1420芯片為例，介紹語音電路與單片機的應用接口。芯片為例，介紹語音電路與單片機的應用接口。 104一、一、ISD1420芯片的特點芯片的特點v外圍元件簡單，僅需少量阻容元件、麥克風即可組成一完外圍元件簡單，僅需少量阻容元件、麥克風即可組成一完整錄放系統；整錄放系統；v模擬信息存貯重放音質極好，并有一定混響效果；模擬信息存貯重放音質極好，并有一定混響效果；v待機時低功耗（僅待機時低功耗（僅0 05 A5 A），典型放音電流），典型放音電流15mA15mA；v放音時間放音時間20s20s，可擴充級聯；，可擴充級聯；v可持續放音，也可分段錄放，最小分段可持續放音，也可分段錄放，

5、最小分段20s/16020s/160段段0 0125s/125s/段，可分段數段，可分段數160160段；段；105v錄放次數達錄放次數達1010萬次；萬次；v斷電信息存貯，無需備用電池，信息可保存斷電信息存貯，無需備用電池，信息可保存100100（年）；（年）；v操作簡單，無需專用編程器及語音開發器；操作簡單，無需專用編程器及語音開發器；v 高優先級錄音，低電平或負邊沿觸發放音；高優先級錄音，低電平或負邊沿觸發放音；v 單電源單電源供供電，典型電壓十電，典型電壓十5V5V。106二、內部結構介紹二、內部結構介紹 ISD1420ISD1420語音芯片內部結構框圖如圖語音芯片內部結構框圖如圖10

6、.1-110.1-1所示。所示。 前置放大器對通過麥克風前置放大器對通過麥克風（MICMIC）送入的語音信號進行送入的語音信號進行放大，并受自動增益電路放大，并受自動增益電路AGCAGC控制，保證輸入信號大小控制，保證輸入信號大小變化時不失真。前置放大器輸出變化時不失真。前置放大器輸出（ANOUTANOUT）的信號可通的信號可通過電容耦合送入過電容耦合送入（ANINANIN）信號放大器，也可通過電容耦信號放大器，也可通過電容耦合直接輸入其它模擬信號，如錄音機等的線路輸出，輸合直接輸入其它模擬信號，如錄音機等的線路輸出，輸入信號典型值為入信號典型值為50mV50mV（峰一峰）。（峰一峰）。 10

7、7 信號放大器輸出送入（信號放大器輸出送入（五階）五階）濾波器，在采樣時鐘和濾波器，在采樣時鐘和模擬收發器控制下進行比較采樣，存入不易失真模擬存模擬收發器控制下進行比較采樣，存入不易失真模擬存貯器單元。貯器單元。 錄入信號輸出經濾波器、輸出放大器送到揚聲器引錄入信號輸出經濾波器、輸出放大器送到揚聲器引腳腳SP+SP+、Sp-Sp-，從而完成語音的重放。，從而完成語音的重放。 地址線地址線（A0A7A0A7）經緩沖器、譯碼器控制管理存貯經緩沖器、譯碼器控制管理存貯單元，控制邏輯控制芯片單元，控制邏輯控制芯片（PLAYLPLAYL、PLAYEPLAYE、RECREC、RECLEDRECLED）的錄

8、、放和觸發控制以及輸出指示等。的錄、放和觸發控制以及輸出指示等。 內部時鐘及定時器、采樣時鐘為采樣等提供時鐘脈沖內部時鐘及定時器、采樣時鐘為采樣等提供時鐘脈沖信號信號。 108 ISD1420ISD1420語音芯片內部結構框圖語音芯片內部結構框圖109三、三、ISDl420ISDl420封裝及引腳介紹封裝及引腳介紹 ISD1420DIPISD1420DIP硬封裝和硬封裝和COBCOB軟封裝均為軟封裝均為2828管管腳器件，其引腳如圖腳器件，其引腳如圖10.1-210.1-2所示。所示。 各引腳功能如下：各引腳功能如下： A0A0A7A7（1 16 6、9 9、1010腳），地址或操腳），地址或

9、操作模式控制端；作模式控制端； NCNC（7 7、8 8、1111、2222腳），空腳；腳），空腳； VSSDVSSD（1212腳），數字地；腳），數字地； VSSAVSSA（1313腳），模擬地腳），模擬地 SPSP、SP-SP-（1414、1515腳），音頻信號輸出腳），音頻信號輸出端，驅動端，驅動8 81616揚聲器；揚聲器； 1010 VCCAVCCA（1616腳），模擬電源；腳），模擬電源； MICMIC（1717腳），話筒輸入端，可用駐極體話簡，通腳），話筒輸入端，可用駐極體話簡，通過電容耦合；過電容耦合； MICRefMICRef（1818腳），話筒輸入參考端，若不用，浮腳），話

10、筒輸入參考端，若不用，浮空；空； AGCAGC（1919腳），自動增益控制端，調整芯片內部前腳），自動增益控制端，調整芯片內部前置放大器增益，使錄入信號不失真；置放大器增益，使錄入信號不失真； ANAINANAIN、ANAOUTANAOUT（2020、2121腳），模擬信號輸入、輸腳），模擬信號輸入、輸出端，兩端間接電容，該端可用于模擬信號的直接輸出端，兩端間接電容，該端可用于模擬信號的直接輸入；入； 1011v PLAYLPLAYL（2323腳），電平放音控制（低電平有效）；腳），電平放音控制（低電平有效）；v PLAYEPLAYE（2424腳），邊沿觸發放音控制；腳），邊沿觸發放音控制；v

11、 RECLEDRECLED（2525腳），錄音指示腳），錄音指示v XCLKXCLK（2626腳），外部時鐘或接地；腳），外部時鐘或接地；v RECREC（2727腳），錄音腳），錄音/ /放音控制，高電平為放音，放音控制，高電平為放音，低電平為錄音。低電平為錄音。v VCCDVCCD（2828腳），數字電源。腳），數字電源。1012四、四、ISD1420基本技術指標基本技術指標（均為典型值）（均為典型值）v 工作電源工作電源+5V+5Vv 靜態電流靜態電流10A10A；v 工作電流工作電流15mA15mAv 信噪比信噪比S/N=43DBS/N=43DBv 錄音時間：錄音時間：20s 20s

12、v 每基本段時間長度：每基本段時間長度：20s160段段=0.125s段。段。 1013 10.2 10.2 ISDI420與單片機接與單片機接口舉例口舉例 以以MCS-51MCS-51系列單片機系列單片機為核心的一般工業控制系為核心的一般工業控制系統均以亮燈或響鈴報警提統均以亮燈或響鈴報警提示，而配上語音接口后可示，而配上語音接口后可實現多路信息的語音報警實現多路信息的語音報警提示，提高系統的整體水提示，提高系統的整體水平，增強報警效果。平，增強報警效果。 1014一、硬件聯接一、硬件聯接 如圖如圖10.2-110.2-1所示，單片機所示，單片機80318031通過一片通過一片74LS377

13、74LS377鎖存器實現對鎖存器實現對ISDI420ISDI420的多種控制操作，其語音接口地址為的多種控制操作，其語音接口地址為7FFFH7FFFH。D6D6控制放音開始，控制放音開始，D7D7控制錄音、放音選擇，控制錄音、放音選擇，A0A0、A1A1固定接地，固定接地，80318031輸出數據輸出數據D0D0D7D7與與ISD1420ISD1420錄放控制碼對應關系見表錄放控制碼對應關系見表10.2-110.2-1，本例共分，本例共分4040段，每段時間段，每段時間長度長度0 05s5s。1015 74LS377D7D6D5D4D3D2D1D0分 段段控制碼ISD1420RDPLA7A6A

14、5A4A3A2錄 音01000000第0段40H01000001第1段41H01100110第38段66H01100111第39段67H放 音10000000第0段80H10000001第1段81H10100110第38段A6H10100111第39段A7H1016 二、錄入語言信息二、錄入語言信息 本系統以語音方式報溫度值、本系統以語音方式報溫度值、壓力值、流量值。需錄入的單字壓力值、流量值。需錄入的單字有數字有數字“0 09”9”，及，及“千千”、“百百”、“十十”、“度度”、“點點”、“帕帕”等，等，0 05s5s一個一個單字。詞段有單字。詞段有“當前時間當前時間”，1 15s5s；“當

15、前溫度當前溫度”，需，需1 15s5s。 假設段碼值放入假設段碼值放入40H40H單元，子單元，子程序如下：程序如下： 1017RECORD:MOV DPTR， 7FFFH ；語音接口地址；語音接口地址 MOV A， 0FFH MOV DPTR，A ；送停止錄放音碼；送停止錄放音碼 MOV A， 40H ；錄音控制碼由；錄音控制碼由40H送入送入A ACALL TIMA ；延時；延時20ms MOVX DFTR，A ACALL TIMB ；延時；延時05s對麥克風發音對麥克風發音 ; 錄單字，如數字錄單字，如數字“1”，“千千” MOV A， 0FFH MOVX DPTR，A ；停止錄音；停止

16、錄音 RET1018 此子程序段可反復調用。此子程序段可反復調用。v當錄入詞段時，則根據詞段長當錄入詞段時，則根據詞段長度增加延時及地址段長度。如度增加延時及地址段長度。如錄 入錄 入 “ 當 前 時 間當 前 時 間 ” 字 段 需字 段 需155，占用三個地址段長；，占用三個地址段長；v首地址為首地址為42H，下一字段地址，下一字段地址碼則為碼則為45H。1019三、放音程序放音程序v（1）放音子程序）放音子程序 PLAY：MOV DFTR， #7FFFH MOV A， 0FFH ；復位信號；復位信號 MOV DPTR，A MOV A， 40H ；放音地址及控制碼由；放音地址及控制碼由40

17、H送送A ACALL TIMA ；延時；延時20MS MOVX DPTR ，A ACALL TIMB ；延時放音時間；延時放音時間 ;（單字時（單字時05s，詞段時，詞段時1.5s） MOV A，0FFH ；停止放音；停止放音 MOVX DPTR，A RET1020 （2）放音實例）放音實例 例例 放音內容為放音內容為“當前水壓當前水壓285kPa”，各字段錄，各字段錄入順序如下表入順序如下表 。 語 音 信 息0189千百十帕當前水壓當前時間錄音段控制碼（H）404148494A4B4C4D4E51放音段控制碼（H）808188898A8B8C8D8E911021v程序程序入入口口：百位數、

18、十位數、個位數的控制碼：百位數、十位數、個位數的控制碼 分別存放在分別存放在R0、Rl、R2。v程序如下程序如下：ALARM：MOV 40H， 8EH ；“當前水壓為當前水壓為”字碼字碼 ACALL PLAY ；調放音（子程序延時；調放音（子程序延時15s） MOV 40H， R0 ；“2” ACALL PLAY MOV 40H， 8BH ；“百百” ACALL PLAY1022 MOV 40H， R1 ；“8” ACALL PLAY MOV 40H， 8CH ；“十十” ACALL PLAY MOV 40H， R2 ；“5” ACALL PLAY MOV 40H， 8AH ；“千千” ACA

19、LL PLAY MOV 40H， 8DH ；“帕帕” ACALL PLAY END 1023問題問題v上例中的百位數、十位數、個位數的控制碼百位數、十位數、個位數的控制碼為什么為什么存放在存放在R0R0、RlRl、R2R2？v40H40H在程序中起何作用？在程序中起何作用？1024語音程序設計要點語音程序設計要點：v錄音編碼設計錄音編碼設計v錄音子程序設計錄音子程序設計v錄音編碼地址表錄音編碼地址表v放音編碼設計放音編碼設計v放音子程序設計放音子程序設計v放音編碼地址表放音編碼地址表v主程序設計主程序設計結結 論：論：v各段語音存放在各段語音存放在ISD1420ISD1420由由A7A2決定的

20、地址單元中；決定的地址單元中；v各段語音的錄音由錄音編碼各段語音的錄音由錄音編碼RD=0、 PL=1和和A7A2決定；決定；v各段語音的放音由放音編碼各段語音的放音由放音編碼RD=1、 PL=0和和A7A2決定；決定；v錄音編碼錄音編碼/放音編碼可以以表格的形式存放在各類存儲器中；放音編碼可以以表格的形式存放在各類存儲器中；v編寫相應的錄音編寫相應的錄音/放音子程序。放音子程序。1025 例例11 黃山詩一首黃山詩一首 試將此詩語音編碼存入程試將此詩語音編碼存入程序存儲器，控制錄音序存儲器，控制錄音/播放。播放。1026技術路線技術路線v硬件設計（同上）硬件設計（同上） P1.0控制錄音控制錄

21、音 P1.1控制播音控制播音 P1.2控制錄控制錄/放放v錄音編碼設計錄音編碼設計v錄音子程序設計錄音子程序設計v錄音編碼地址表錄音編碼地址表v放音編碼設計放音編碼設計v放音子程序設計放音子程序設計v放音編碼地址表放音編碼地址表v主程序設計主程序設計1027 程序設計程序設計 v錄音子程序錄音子程序將將“黃山黃山”語音錄入語音錄入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 40

22、H，41H，42H，43H，44H，45H，46H（8040H） 黃黃 山山 巍巍 巍巍 勁勁 松松 翠翠 1028RECORD0：PUSH DPH ；保護現場保護現場 PUSH DPL MOV DPTR， 7FFFH ；語音接口地址；語音接口地址 MOV A， 0FFH MOVX DPTR，A ；送停止錄放音碼；送停止錄放音碼 MOV A， 50H ；錄音控制碼由；錄音控制碼由50H送入送入A ACALL TIMA ；延時；延時20ms MOVX DFTR，A ACALL TIMB ；延時；延時05s對麥克風發音錄單對麥克風發音錄單 ；字，如；字，如“黃黃”，“山山”等等 MOV A，0FF

23、H MOVX DPTR， A ；停止錄音；停止錄音 POP DPL ；恢復現場；恢復現場 POP DPH RET1029v放音子程序放音子程序將將“黃山黃山”語音播放語音播放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 RETPTABL：DB 80H，81H，82H，83H， （8080H） 黃黃 山山 巍巍 巍巍 84H，85H，86H 勁勁 松松 翠翠 1030PLAY0：PUSH DPH ；保護現場保護

24、現場 PUSH DPL MOV DPTR， #7FFFH MOV A， 0FFH ；復位信號；復位信號 MOV DPTR，A MOV A， 50H ；放音地址及控制碼由；放音地址及控制碼由50H送送A ACALL TIMA ；延時放音時間；延時放音時間 ；（單字時；（單字時05s，詞段時，詞段時1.5s） MOVX DPTR ，A ACALL TIMB MOV A， 0FFH ；停止放音；停止放音 MOVX DPTR，A POP DPL ；恢復現場；恢復現場 POP DPH RET1031v主程序設計主程序設計MAIN： MOV SP， #60H MOV P1，#00HWAITR： JNB P

25、1.0 WAITR ；判斷錄音否？；判斷錄音否？ LCALL RSTART SETB P1.3 WAITP： JNB P1.1 WAITP ；判斷播音否？；判斷播音否？ LCALL PSTART SETB P1.4 JNB P1.2 WAITR ；錄音；錄音/播音？播音？ SETB P1.5 SJMP WAITP1032v操作說明操作說明v先將先將K0=1 、 K2=1錄音操作，錄音操作，LED0亮表示錄音結束亮表示錄音結束v然后使然后使K1=1 放音，放音，LED1亮表示放音結束亮表示放音結束v若需重新錄音，則將若需重新錄音，則將K2=0，否則，否則， LED2亮表示可以亮表示可以重復放音重

26、復放音 v課題簡介課題簡介 本課題采用單片微機控制、先進的語音電路、優本課題采用單片微機控制、先進的語音電路、優美的圖片、美妙的音調、和諧的詩韻，將您帶入黃山美的圖片、美妙的音調、和諧的詩韻，將您帶入黃山佳景，領略大自然的恩賜，享受詩情畫意的奧妙。佳景，領略大自然的恩賜，享受詩情畫意的奧妙。v設計人員：設計人員：2000級級“單片微機控制技術單片微機控制技術”課題組課題組v設計單位設計單位：山東大學物理與微電子學院山東大學物理與微電子學院1033 四、四、ISD系列語音芯片應用中應注意的問題系列語音芯片應用中應注意的問題 1 1ISDISD系列器件所有地址端、控制端和系列器件所有地址端、控制端

27、和TEST/CLDTEST/CLD端必須可端必須可靠接高電平或低電平，而可懸空，靠接高電平或低電平，而可懸空，否否則可能出現停止播放則可能出現停止播放的情況。的情況。 2 2為充分發揮其優質高保真特點，應注意以下幾點：為充分發揮其優質高保真特點，應注意以下幾點： （1 1）AGCAGC阻容，盡量靠近阻容，盡量靠近ISDISD，旦連線盡量短；，旦連線盡量短； （2 2）電源線和地線寬度應在）電源線和地線寬度應在0 08mm8mm以上；以上； （3 3）選用優質駐極體話筒；）選用優質駐極體話筒；1034 （4 4）話筒信號耦合電容與連接話筒信號耦合電容與連接MICREFMICREF端到模擬地的電容

28、端到模擬地的電容要相同；要相同； （5 5）電源內阻低且無噪音。）電源內阻低且無噪音。 3 3ISDISD的的SP+SP+、Sp-Sp-端一定不要接地，只能接喇叭或懸空。端一定不要接地，只能接喇叭或懸空。外接功放器時，采用單端輸出，另一端接外接功放器時，采用單端輸出，另一端接10F10F電容到地或懸電容到地或懸空，否則空，否則ISDISD會損壞。會損壞。 4 4國內部分廠家語音芯片與國內部分廠家語音芯片與ISDISD芯片標準信號對應如下：芯片標準信號對應如下： SR9F26SR9F26一一ISD1020A ISD1020A （硬封裝）（硬封裝） SR9G16/SR9G26-ISD1416/IS

29、D1420SR9G16/SR9G26-ISD1416/ISD1420（硬封裝）（硬封裝） HY420/SRG26R-ISD1420HY420/SRG26R-ISD1420（軟封裝）（軟封裝） HY410HY410ISDl110ISDl110（軟封裝）（軟封裝） 1035 美國美國ISD2500系列和系列和3300系列增大了內存系列增大了內存EEPROM容量，因此它們的錄放音時間加長了。容量，因此它們的錄放音時間加長了。ISD2500系列錄放系列錄放音時間有音時間有60s、75s和和90s三個品種，三個品種，3300系列錄放音時系列錄放音時間有間有60s、75s、90s、120s、150s、18

30、0s和和240s七個品七個品種。這兩個系列都可方便地行級聯。種。這兩個系列都可方便地行級聯。 1036 【智能聾啞人對講【智能聾啞人對講/ /助聽助聽/ /助說器助說器】v 本項研究采用先進的語音合成技術、本項研究采用先進的語音合成技術、無線通訊技術以及科學的編碼輸入技術，無線通訊技術以及科學的編碼輸入技術，由微電腦控制，集對講機、助聽器和助由微電腦控制，集對講機、助聽器和助說器功能為一體的多用途智能儀器。說器功能為一體的多用途智能儀器。v 本儀器具有體積小、重量輕、音質本儀器具有體積小、重量輕、音質好、多功能、編碼輸入快捷、操作方便好、多功能、編碼輸入快捷、操作方便等特點。它既是聾啞人的理想伴侶，又等特點。它既是聾啞人的理想伴侶，又是正常人的忠實朋友。是正常人的忠實朋友。 1037 它將生活在無言無語、無聲無息的寂寞世界的聾啞人它將生活在無言無語、無聲無息的寂寞世界的聾啞人帶入歡聲笑語、五彩繽紛的大千世界，使飽嘗欲聽無聲、帶入歡聲笑語、五彩繽紛的大千世界，使飽嘗欲聽無聲、欲說不能之苦的聾啞人變得耳聰語明、夢想成真，給他欲說不能之苦的聾啞人變得耳聰語明、夢想成真，給他們的家庭帶來幸福、溫馨。們的家庭帶來幸福、溫馨。 我們真誠希望每一位聾啞人都象正常人一