基于 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａ Ｖｏｉｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ Ｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＳＤ４０００ Ｓｅｒｉｅｓ 管小明 许清文 杨兆宝 Ｇｕａｎ Ｘｉａｏｍｉｎｇ Ｘｕ Ｑｉｎｇｗｅｎ Ｙａｎｇ Ｚｈａｏｂａｏ （东华理工大学， 江西 抚州 ３４４０００） （Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｆｕｚｈｏｕ ３４４０００） 摘 要： 随着单片机技术的日益发展，以键盘输入和屏幕输出的传统的方式已满足不了人们的需求，新的更友好的人 机界面应运而生。本文就是介绍一种基于 ＩＳＤ４００２ 芯片的语音录放电路，该语音芯片采用 ＥＥＰＲＯＭ 存储方法，将模拟语音数据 直接写入半导体存储单元中，不需另加 Ａ／Ｄ 和 Ｄ／Ａ 变换电路，使用方便，且语音音质自然。 关键词： ＩＳＤ４００２； 单片机； 语音录放； ＥＥＰＲＯＭ存储方法 中图分类号：ＴＰ３１１．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１－４７９２－（２００７）１１－００８３－０２ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＳＣＭ，ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｋｅｙｂｏｒｄｓ ｉｎｐｕｔ／ｓｃｒｅｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｃａｎ＇ｔ ｓａｔｉｓｆｙ ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ａ ｎｅｗ ａｎｄ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏｍｅｓ ｗａｓ ｂｏｒｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｖｏｉｃｅ ｒｅｃｏｒｄ－ｒｅｐｌａｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＳＤ４００２．Ｔｈｉｓ ｃｈｉｐ ｕｓｅ ＥＥＰＲＯＭ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｗｒｉｔｅ ｔｈｅ ａｎａｌｏｇ ｖｏｉｃｅ ｄａｔａ ｉｎｔｏ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍｅｍｏｒｙ ｕｎｉｔ ｗｉｔｈｏｕｔ Ａ／Ｄ ａｎｄ Ｄ／Ａ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｖｏｉｃｅ ｎａｔｕｒａｌ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ＩＳＤ４００２； ＳＣＭ； Ｖｏｉｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ－ｒｅｐｌａｙ； ＥＥＰＲＯＭ ０ 引言 随着单片机技术的日益发展，人们已经不再满足于键盘 输入和屏幕显示输出这样传统的输入、输出方式，他们希望 拥有更友好的人机界面，更方便的操作方式。具有语音功能 的单片机系统应运而生，而且获得了广泛的应用，比如公交 车报站器、语音型数字万用表、出租车语音播报器、排队机 等。 在声学领域，单片机技术与各种语音芯片相结合，即可 完成语音的合成技术，使得单片机语音系统的实现成为可 能。所谓语音芯片，就是在人工或者控制器的控制下可以录 音和放音的芯片。语音信号是模拟量，语音芯片存储播放声 音的基本工作方式为： 声音 －－ 模拟量 －－Ａ／Ｄ－－ 存储 －－Ｄ／Ａ－ －模拟量－－播放。采用此种方式的语音芯片外围电路比较复 杂，声音质量也有一定的失真。而另一类语音芯片采用 ＥＥＰＲＯＭ存储方法， 将模拟语音数据直接写入半导体存储单元 中，不需另加 Ａ／Ｄ 和 Ｄ／Ａ 变换电路，使用方便，且语音音质 自然。 １ 设计思路分析 基本设计思路：通过对按键功能选择电路操作，由处理 器控制语音芯片进行录 ／ 放音。录音时，由咪头将音频信号 转化成电信号，并经过放大处理，在语音芯片完成转换和存 储。放音时，读取语音芯片中的信号，采用经典的功放电路 ＬＭ３８６进行功率放大， 经扬声器将电信号再还原成音频信号， 如图一所示。 图一 设计原理框图 硬件电路设计 ２．１ 语音芯片选取 目前市场上流行的语音芯片有很多，从性价比的角度考 虑，美国ＩＳＤ公司的ＩＳＤ系列语音芯片可谓一枝独秀。ＩＳＤ 系 列语音芯片具有以下优点： ①采用模拟数据在半导体存储器直接存储的专利技术， 即将模拟语音数据直接写入单个存储单元， 不需经过Ａ／Ｄ、 Ｄ／ Ａ 转换； ②内部集成了大容量的 ＥＥＰＲＯＭ，不再需要扩展存储器； ③控制简单，控制引脚与 ＴＴＬ 电平兼容； ④能较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体 语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象。 因此， 该开发板选用ＩＳＤ公司的语音芯片， 适用ＩＳＤ３３００／ ４００２／４００３／４００４全系列芯片。 ２．２ 语音芯片 ＩＳＤ４００２－１２０ 简介 由于受条件限制，只购买了ＩＳＤ４００２－１２０芯片。ＩＳＤ４０００ ２ ２０５ 系列语音录放系统的研究 ＩＳＤ４０００ 基于 ＩＳＤ４０００ 系列语音录放系统的研究 科技广场 ２００７．１１ 系列工作电压 ３Ｖ，单片录放时间 ２ 至 １６ 分钟，音质好，适用 于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用 ＣＭＯＳ 技术， 内含振荡器、防混淆滤器、平滑滤波器、音频放大器、自动 静噪及高密度多电平闪烁存贮系列。芯片设计是基于所有操 作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口 （ＳＰＩ）送入。采样频率可为 ４．０、５．３、６．４、８．０ｋＨｚ，频率越 低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于闪烁 存贮器中，可以在断电情况下保存 １００ 年（典型值），反复录 音 １０ 万次。 根据上文所述，语音芯片选用 ＩＳＤ４００２ 芯片，其引脚分 布如图二所示。 图二 ＩＳＤ４００２ 引脚图 ２．３ 电路原理图及介绍 该开发板的软件设计较为简单，主要通过单片机对 ＩＳＤ４００２ 的控制实现录音和放音（硬件电路如图三所示） 。 录音： 开关Ｓ３打到ＶＣＣ 是录音状态，按住Ｓ１键不放，指 示灯亮即可对着板上话筒讲话录音，松键时录音停止并形成 一段，再按则录下一段。按 Ｓ２ 键为复位，再录音时又从第一 段开始。 放音： 开关Ｓ３打到ＧＮＤ是放音状态，按一下Ｓ１键即播放 一段，一段结束后自动停止放音，再按 Ｓ１ 键则播放下一段。 按 Ｓ２ 键为复位，再放音时又从第一段开始。 功率放大电路采用 ＬＭ３８６ 驱动，输出功率为 ０．５Ｗ。为了 提高录、放音的稳定性，确保 ＩＳＤ４００２ 语音芯片能正常工作 （工作电压２．７－３．３Ｖ），由７５３３＿１产生３．３Ｖ电压来供给。ＬＥＤ２ 为电源工作指示，当开发板正常供电时，ＬＥＤ２ 发光。当电路 处于录音或放音状态时，ＬＥＤ１ 发光指示。 图三 硬件连接电路 软件设计 ①采用软件延时去抖； ②为了节省能源，在不进行录 ／ 放音操作时，语音芯片 进入掉电状态； ③ ＩＳＤ３３００／４００３ ＳＰＩ 写入程序 ８ 位 数据在 Ａ 图四 主程序流程图 图五 录音子程序 图六 放音子程序 ＭＯＳＩ ＥＱＵ Ｐ１．１ ；数据输入 ＳＳ ＥＱＵ Ｐ１．２ ；片选 ＳＣＬＫ ＥＱＵ Ｐ１．４ ；ＩＳＤ４００３时钟 ＩＳＤＸ： ＣＬＲ ＳＳ ；开片选 ＭＯＶ Ｒ６，＃８ ； ＣＬＲ ＳＣＬＫ ；时钟ＳＣＬＫ＝０ ＩＳＤ１： ＭＯＶ Ｃ，ＡＣＣ．０ ； ＭＯＶ ＭＯＳＩ，Ｃ ；数据写 ＭＯＳＩ ＳＥＴＢ ＳＣＬＫ ；时钟ＳＣＬＫ＝１ ＲＲ Ａ ； ＣＬＲ ＳＣＬＫ ；时钟ＳＣＬＫ＝０ ＤＪＮＺ Ｒ６，ＩＳＤ１ ； ＲＥＴ ④程序流程图如图四、图五、图六所示。 ４ 结束语 本文介绍一种采用ＥＥＰＲＯＭ存储方法的语音芯片， 该设计 方法具有外围电路结构简单，操作、使用方便，且语音音质 自然等优点。另外，由于 ＬＭ３８６ 的外围电路处理的较简单， 某些频率段（特别是音频较高）在放音电路时，可能会有点 杂音存在。此时，可以增加 ＬＭ３８６ 的外围滤波电路来达到提 高音质的效果。 参考文献 ［１］张毅刚，彭喜元，董继成．单片及原理及应用［Ｍ］．北 京：高等教育出版社，２００４，１． ［２］华成英．模拟电子技术基础（第四版）［Ｍ］．北京：高等 教育出版社，２００６，５。 ［３］何立民．ＭＣＳ－ ５１系列单片机应用系统设计［Ｍ］．北京： 北京航天出版社，１９９０． ［４］邵振峰，王怀山，江泳．基于ＩＳＤ２５１２０的语音录放系 统［Ｊ］．郑州轻工业学院院报（自然科学版）第 １８ 卷第 ２ 期， ２００３，６． ３ ２０６ 作者简介 管小明（１９７９ —） ，东华理工大学电子与机械工程学院 教师，电路与系统在读研究生，主要研究方向： 智能仪器、 电子技术和电子测量。