的录音系统

的录音系统 !!! 基于ISD4004 的录音系统 在数字化信息技术迅猛发展的今天,语音信息的数字化处理也得到了广泛的发展和应用。根据不同的功能和用途,可以设计制造出不同的语音设备。本文采用的是一种新型、便捷的#设计#, 利用ISD4004 语音芯片和单片机AT89C51 实现系统的录音,存储和放音功能。 1 系统工作过程 传统的语音录放需要经过如下过程:语音信号经过设备接受后转化为模拟电信号,通过前置放大器把语音信号放大,通过带通滤波之后,去掉多余的干扰,再经过自动增益控制和A/μ压缩电路净化输入的模拟电信号,而后经A/ D 转换器转换为数字信号,由控制器对其进行处理和存储,之后再由D/ A 转换为模拟信号,达到放音的目的。本文采用了ISD 公司的新产品ISD4004 语音芯片,该芯片自带A/ D 转换和压缩功能,直接把声音信号存储在芯片内的闪存寄存器中,无需电源即可保存数据长达100 年,重复记录100000 次以上,8. 0kHz 采样录音可达8 分钟。通过AT89C51 对其控制,达到系统的设计目的。在语音芯片的前端加一个前置放大电路,用于声音信号的输入,在输出端加一个LM386 的功率放大器增强声音输出信号。 2 芯片介绍 ISD4004 语音芯片采用CMOS 技术,内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等如图1 所示。因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制,操作命令通过串行通信接口(SPI 或Microwire) 送入。采样频率可为4. 0Hz、5. 3Hz、6. 4Hz、8. 0kHz ,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降。片内信息存于内烁存储器中,可在断电情况下保存100年(典型值) 反复录音10 万次。器件工作电压3V ,工作电流25,30mA ,维持电流1μA ,单片录放语音时间8,16min ,音质好,适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。 图1 ISD4004 内部框图 ISD4004 的引脚排列如图2 所示,各引脚功能如下:引脚VCCA ,VCCD 为电源线;VSSA ,VSSD 为地线;ANA IN +为同相模拟输入端,输入放大器可用单端或差分驱动。ANAIN - 为反相模拟输入端。音频输出(AUDOUT) 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。MOSI 为串行输入端口。MISO 为串行输出端口。串行时钟(SCL K)由主控制器产生,用于同步MOSI 和MISO 的数据传输。数据在SCL K 上升沿锁存到ISD ,在下降沿移出ISD。中断( INT) 为漏极开路输出端口, ISD 在任何操作(包括快进) 中测到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。行地址时钟(RAC) 也是漏极开路输出,每个RAC 周期示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。ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCL K的下降沿动作。因此,对ISD4004 而言,在时钟上升沿锁存MOSI 引脚数据, 在下降沿将数据送至MISO 引脚 。 图2 ISD4004 引脚图 图3 AT89C51 芯片引脚图 AT89C51 是一个低电压,高性能CMOS ,8 位单片机,片内含4k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和128bytes 的随机存取数据存储器(RAM) ,器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS - 51 指令系统,片内置通用8 位中央处理器和Flash 存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89C51 提供了高性价比的解决方案。AT89C51 是一个低功耗高性能单片机如图3 所示,40个引脚,32 个外部双向输入/ 输出( I/ O) 端口,同时内含2 个外中断口,2 个16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,AT89C51 可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本. ISD4004 的输入端接的是一个模拟输入信号,通过一个驻极话筒的连接,从而达到录制声音的目的。驻极体电容话筒(简称ECM) ,该话筒是一种宽频高灵敏的话音传感器,体积小,价格低。驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜,当遇到声波振动时,引起电容两端的电场发生变化,从而产生了随声波变化而变化的交变电压[ 3 ] 。使用双话筒语音输入可以抵消背景噪声,两话筒背间用隔音材料填充,录音时只将装有EMC 的任一面朝向人录音即可。该话筒灵敏度典型值为- 66, - 56dB 或5,15Mv/ Pa ,频率响应典型值为50Hz,21KHz ,输出阻抗典型值小于2KΩ ,工作电压为1. 5,12V。其电路图如图5 所示。从图中可以看出89C51 和ISD4004 之间的连接较少,单片机的P1. 0 - P1. 3 引脚接按键,工作过程中录放音。P1. 6接ISD4004 的片选引脚/ SS , 控制ISD4004 的选通与否。P1. 7 接ISD4004 的串行输入引脚MOSI ,从该引脚读入放音的地址。P3. 2 和P3. 3 分别接ISD4004 的串行时钟引脚SCL K和中断引脚/ INT[ 4 ] 。ISD4004 的输出端接一个LM386 的功率放大器。LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,如图6 所示,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20 。但在1 脚和8 脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200 。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW ,使得LM386 特别适用于电池供电的场合。 !!! !!! 图5 双话筒语音输入级电路 图6 LM386 结构图 软件设计 程序包括主程序和中断子程序两部分。AT89C51 单片机提供了按键操作和ISD4004 所需接口。它接收击键功作,并将相应指令传给ISD4004 ,同时监控ISD4004 的中断输出。当开关KS 闭合( KS = 1) 时,读取ISD4004 的状态寄存器,从而根据OVF 和EOM 的状态进行相应的处理。当OVF = 1 ,即存储器溢出时,则不管当前为何种状态均将ISD4004 的地址置零,并继续运行原指令;当EOM = 1 时,当前状态只可能为放音或快进,若为快进则置为放音态,并继续运行。 应用 该语音电路产品,具有音色自然、使用方便、单片存储、反复录放、扩展容易、功耗低微、不怕断电等许多特点,通过扩展外部设备,基于ISD4004 的语音产品在通信导航设计、智能仪器仪表、治安报警系统、自动售货机、电子地图、电子导游机、车载信息终端语音播报、公共汽车语音报站器、电磁报层背景音乐播放系统、语音讲解仪、电话自动应答系统、便携式语音记录装置、电子词典、语言复读机、语言音乐教学仪、智能玩具、高档电子礼品等许多领域,都有着极其广泛的应用。 !!!