摘要：美国信息存贮器件公司ISD1400系列单片语音录放电路采用在E2PROM中直接模拟量存贮技术（DAS）,省去数字存贮器、数据转换及备用电源等外围电路,具有低功耗、零功率存贮信息、无需编辑开发机、高保真语音录放等特点。本文着重阐述ISD1420的原理及分段应用。
关键词：E2PROM;DAST;分段原理;ISD1410;ISD1420
1.概述
ISD1400系列单片机语音录放电路,片内由时钟振荡器、128K字节E2PROM（电可编程可擦除只读存贮器）、微音放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。一个最小的录放系统仅由一个驻极体话筒、一个喇叭、两个按钮、一个电源和少量的电阻电容组成。图1是其内部原理方框图。
和其它同类语音电路相比具有以下特点：
●所需外围元件少,电路简单,操作方便。
●采用直接模拟量存贮技术DAST（Direct Analog Strorage Technology）,再现优质原声。
●零功率信息存贮,省掉备用电源。
●信息可保存10年以上,可反复录放达10万次之多。
●语音固化无需专用编程或开发装置。
●较强的选址能力,可把存储器分成160段来进行管理。
●具有自动省电模式,此时仅需0.5μA的保持电流。
●单一电源供电。
ISD1400电气特性如下：
●工作电压VDD：5V.
●静态电流ISTB：典型值 0.85μA,最大值为2μA.
●工作电流IOP：典型值15mA,最大值30mA.
目前,ISD1400系列有下列型号：ISD1408、ISD1410、ISD1412、ISD1416、ISD1420。录放时间分别为：8秒、10秒、12秒、16秒、20秒。
ISD1400系列主要采用28脚DIP和SOG（小型双列封装）塑料包装。另一种是标准28脚双烈直插式COB软包装,其性能指标与DIP、SOG包装相同,并可与DIP互换代用,其价格是DIP、SOG包装的一半,目前国内普遍使用COB包装,其型号规格与ISD1400系列对应,分别为HY408、HY410、HY412、HY416、HY420.
本文主要介绍ISD1420电路,图2、图3分别是ISD1410（1408、1412）和ISD1420（1416）管脚排列图。各管脚功能简述如下：
 
A0～A7：地址输入端;
VCCD：数字电路电源;
VCCA：模拟电路电源;
VSSD：数字地;
VSSA：模拟地;
SP+:喇叭（+）;
SP-：喇叭（-）;
SCLK：外接时钟（可选）;
ANA IN：模拟量输入;
ANA OUT：模拟量输出;
AGC：自动增益控制;
MIC：驻极体话筒输入;
MIC REF：驻极体话筒参考输入;
PLAYE：边沿触发放音;
PLAYL：电平触发放音;
REC：录音触发;
RECLED：发光二极管接口;
NC：空脚
由图2、图3可以看到ISD1410（1408、1412）与ISD1420（1416）不同之处是地址输入端除A3之外,其余均为空脚（NC）。由此说明ISD1410（1408、1412）不能分段应用,ISD1420（1416）则具有分段录放功能。
2. 操作模式应用
ISD1420地址输入端具有双重功能,根据地址中的A6、A7的电平状态决定A0～A7的功能。如果A6、A7有一个低电平,A0～A7输入全解释为地址位,作为起始地址用,此时地址线仅作为输入端,在操作过程中不能输出内部地址信息。根据PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信号,地址输入被锁定。如果A6、7同为高电平时,它们即为模式位。
使用操作模式有两点要注意：
（1）所有初始操作都是从0地址开始。0地址是ISD1420存储空间的起始端,后面的操作可模拟模式的不同,而从不同的地址开始工作。当电路中录放音转换将进入省电状态时,地址计数器复位为0.
（2）当PLAYE、PLAYL或REC变为低电平,同时A6、A7为高电平时,执行地址线所对应的操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止。
操作模式可以与微控制器一起使用,也可用硬件连线得到所需系统操作。
A0：信息检索（仅用于放音工作状态）。不知道每个信息的实际地址,A0使操作者快速检索每条信息,A0每输入一个低脉冲,可使利内部地址计数器跳到下一个信息。这种模式仅用于放音工作,通常与A4操作同时应用。
A1：用于删除EOM标志（仅用于录音工作状态）。A1可使录入的分段信息成为连续的信息,使用A1可删除掉每段中间信息捷的EOM标志,仅在所有信息后留一个EOM标志。当这个操作模式完成时,录放的所有信息就作为一个连续的信息放出。
A3：用于循环重放信息（仅用于放音工作状态）。A3可使存于存储空间始端的信息自动地连续重放。一条信息可以完全占满存储空间,那么循环就可以众头至尾进行工作,并由始至终反复重放。
A4：连续寻址。在正常操作中,当一个信息放完,遇到一个EOM标志时,地址计数器就会复位。A4可防止地址计数器复位,使得信息连续不断地放出。A2、A5未用。
3. 分段方法及应用
图4是ISD1420（1416）典型应用电路图,图中的“PLAYL”、“PLAYE”键只需选接一个即可,地址输入端A0～A7有效值范围为00000000～10011111,这表明最多可被划分为160个存贮单元,可录放多达160段语音信息。由A0～A7决定每段语音的起始地址,而起始地址又直接反映了录放的起始时间。其关系见公式：
TQ=0.125s×（128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+0）
图5是ISD1420的分段原理图。图中A0～A2置为低电平,此时电路共分为四段。A3～A7平时通过电阻R6～R13接至高电平,如果要将某一地址置低电平时,则在该位与地之间接一个隔离二极管。图5中的各段的起始地址和时间安排如下：
第一段语音从0秒开始,地址设置为00000000;
第二段语音从2秒开始,地址设置为00010000;
第三段语音从5秒开始,地址设置为00100000;
第四段语音从12秒开始,地址设置为01010000;
实际应用时,读者可根据每段语音的起始时间,自行设置相应的A0～A7组合。录放时,将S5打致“REC”,再按住S1,LED亮就开始录音,录音时间致2秒时就必须松武S1,否则下一段无效。录制其它段的方法相同。分段放音时,先将S5打向“PLAY”,中需按下相应的S1～S4键就可以播放出不需要接编码隔离二极管,地址输入端A0～A7直接连单片机、计算机的I/O口。
这里再介绍一种可分为四段的简易电路。如图4所示,将A3、A5接开关K1、K4,A6接K2,通过控制K1、K2的组合可实现分录放,其关系见表1。
表1
|
K1 |
K2 |
段数 |
|
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
2 |
|
0 |
1 |
3 |
|
1 |
1 |
4 |
注：表中“0”表示接VSS,“1”表示接VDD。
ISD1400系列产品目前已被用于微型固体录音机、通讯、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语音信箱、高级玩具等。ISD1420（14 16）与计算机、单片机相结合,应用前景十分广阔。ISD1420可分段存贮20秒语音信息,按每秒钟可读3个汉字计算,20秒可分段贮存609多个汉字语音。将ISD1420的A2～A7与单片机CPU的I/O口连接,这样可单独提取64段语凌晨信息,并在软件的支持下可自动组合成若干段完整的长短语句。例如在ISD1420中分段存入“电压”、“电流”“欧姆”、“伏”、：“安培”及“0～9”、“十”、“百”、“千”等语音,在单片机的控制下,通过与数字万用表电路或电压表、电流表等配接,便可制成语音报数万用表,及“会说话”的电压表、电流表等语音型智能仪器仪表。此外,还可以开发出“会说话的电子称”、“出租车自动语报价器”、“多路语音报警系统”等新颖电子电器产品。 (转自中国电子制作网站)
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