ISD4004语音芯片的工作原理及智能控制系统中的应用

作者：北方工业大学工学院 张常年 王振红 李 洋 来源：《国外电子元器件》 摘要：isd4044是一种采用chipcorder专利技术的语音芯片。此芯片无须a/d转换和压缩就可以直接储存，没有a/d转换误差，在一个记录位（bit）可存储250级声音信号，相当于通常的a/d记录的8倍。片内集成了晶体振荡器、麦克前置放大器、自动增益控制等，只要很少的外围器件，就可以构成个完整声音录放系统。本文介绍了isd4004的原理、特点、功能及其在智能控制系统中的应用。 关键词：isd4004 单片机 89c51 1 概述 isd4004是美国isd公司制造的一种新款语音芯片。与isd其它系列语音产品不同的是，isd4004是一种微控制器“从”设备，而“主”控制器可以是内置有spi兼容接口的微控制器，也可以用i/o仿真spi通信协议。isd4004系列工作电压为3v，单片录放时间为8～16分钟，音质好，适用于移动电话及其它便携式电子产品中。该芯片采用cmos技术，内含振荡器、抗混叠滤波器、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陈列。芯片的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或microwire）送入。isd4004采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能非常真实、自然地再现语音、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可为4.0，5.3，6.4，8.0khz，频率越低，录放时间越长，音质则有所下降， 片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年（典型值），反复录音10万次。 2 引脚功能描述 isd4004的引脚排列如图1所示，各引脚功能如下： 电源（vcca，vccd）：为使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装的不同管脚小，模拟和数字电源端最好分别走线。尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。 地线（vssa，vssd）：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。 同相模拟输入（ana in+）：录音信号 的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mv，耦合电容和本端的3kω电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mv，与isd33000系列相同。 反相模拟输入（ana in-）：差分驱动时，为录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mv。 音频输出（aud out）：提供音频输出，可驱动5kω的负载。 片选（ss）：此端为低，即向该isd4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 串行输入（mosi）：此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供isd输入。 串行输出（miso）：isd的串行输出端。isd未选中时，本端呈高阻态。 串行时钟（sclk）：isd的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步mosi和miso的数据传输。数据在sclk上升沿锁存到isd，在下降沿移出isd。 中断（int）：本端为漏极开路输出。isd在任何操作（包括快进）中检测到eom或ivf时，本端变低并保持。中断状态在下一个spi周期开始时清除。中断状态也可用rint指令读取。 ovf标志用来指示isd的录、放操作已到达存储器的末尾。只在放音中检测到内部的eom标志时，此状态位才置1。 行地址时钟（rac）：漏极开路输出。每个rac周期表示isd存储器的操作进行了一行（isd4004系列中的存贮器共2400行）。该信号保持高电平的时间为175ms，低电平时间为25ms。在快进模式，rac可保持高电平218.75μs，低电平31. 25μs。该端可用于存储管理技术。