ISD33000型語音芯片及其在心音記錄方面的應用

圖1 ISD33000系列封裝圖

ISD33000的介紹
ISD33120/150/180/240系列是采用3伏電源供電的單片語音錄/放設備，可存儲2.0、2.5、3.0至4分鐘的語音信息。四種型號的不同錄放時間是靠不同的輸入采樣率來實現的，他們分別是8.0、6.4、5.3、4.0kHz。該CMOS工藝芯片包含一個內部時鐘振蕩器、抗混迭濾波器、平滑濾波器、自動選擇器、音頻放大器和高密度多層存儲陣列。ISD33000系列的EEPROM的容量都為960K，可存儲800行語音信息。
ISD33000系列具有TSOP和DIP/SOIC兩種封裝形式，如圖1所示。
SS 片選信號(低電平允許芯片工作)；
MOSI 串行數據輸入端；
MISO 串行數據輸出端；
SCLK 串行時鐘信號；
VCCA、VCCD模擬和數字電路電源端；
VSSA、VSSD模擬地和數字地；
AUD OUT 音頻信號輸出端，可驅動5kΩ負載；
AM CAP 自動靜噪控制端；
ANA IN-、ANA IN+ 模擬信號輸入端，模擬信號可以采用單端輸入和差分輸入兩種方式；
RAC 行尋址時鐘，當達到存儲器每一行的末尾時該引腳保持137.5ms的高電平和12.5ms的低電平，可用于信息管理；
INT 中斷端(低電平有效)；
XCLK 外部時鐘輸入端。
一組四線(SCLK，MOSI，MISO，SS)SPI接口提供了ISD33000系列的控制和尋址功能。ISD33000系列產品的構成就如在操作一個基于微控制器SPI總線接口的外圍設備。對于所有的內部記錄器的讀寫允許操作都是通過SPI接口實現的。數據轉換方面的約定是，微控制器的SPI轉換鎖存器在SCLK的下降沿處鎖定，對于ISD33000設備，MOSI引腳上的數據在SCLK的上升沿處被鎖定，內部數據在SCLK的下降沿處被鎖定輸出到MISO引腳上。中斷信號(INT)和內部的只讀狀態(tài)記錄器是為了提供握手信號的目的。控制位和地址位的分布如下：〈5位控制位〉和〈11位地址位〉。需要說明的是ISD33120/150/180/240設備只需要10位地址位，但為了錄音時間更長產品的需要保留了第11位。對于每一個以EOM和OVF結束的操作，包括信息檢索周期，都將產生一個中斷。這個中斷將在下一個SPI周期有效時被清除。

表1 控制位摘要

應用舉例
所設計的電子聽診器對拾取心音的操作與普通的錄音機相似，可以播放、記錄，還可以在各段記錄間搜索。這里采用89C51型單片機作為語音芯片的控制器，用戶的意圖通過按鍵來表達。
各指令與控制位的關系如表1所示。ISD33000設備啟動要經過TPUD時間后才可進行操作(對于采樣頻率位8kHz的產品來說，約為25ms)。用戶在發(fā)出操作命令之前要等待TPUD的時間。以播放操作為例，從地址address開始的播放操作應按下述的步驟進行：
?發(fā)出POWERUP命令；
?等待TPUD時間(啟動延遲時間)；
?發(fā)出從地址address的SETPLAY命令；
?發(fā)出PLAY命令。
當發(fā)現EOM標記時產生一個中斷，然后停止播放操作。
該應用中單片機的P1端口設計為人機接口，P2端口為單片機與語音芯片的通訊口。P1口的按鍵依次為：K1鍵為播放記錄選擇鍵(P/R)；K2鍵為開始鍵(START)；K3鍵為停止鍵(STOP)；K4鍵為前倒鍵(PRE)；K5鍵為后倒鍵(NEXT)，其中K1鍵為撥動開關，其余各鍵均為不可自鎖的按鍵，發(fā)出脈沖信號。P2口依次連接33180的SCLK、MOSI、MISO、SS和RAC引腳，在記錄操作期間，存儲的信息達到存儲陣列的每一行末尾時，RAC端會發(fā)出長度一定的高脈沖，單片機此時將地址變量加一，記錄語音芯片的地址信息。在每段語音信息的末尾，語音芯片會發(fā)出一個中斷，將該中斷信號送入單片機外部中斷0的輸入端。
在沒有要求單片機工作之前，單片機處于循環(huán)查詢狀態(tài)，一旦P1端口的K2、K4、K5、K6鍵有信號發(fā)出，指針表會跳轉至各自子程序執(zhí)行相應的操作。以播放操作子程序為例，先后向語音芯片發(fā)出POWERUP命令,SETPLAY命令和PLAY命令，然后進入等待狀態(tài)查詢P1.2端口STOP鍵是否有觸發(fā)，如有觸發(fā)則終止播放操作，進入循環(huán)查詢部分。播放操作的正常結束是通過外部中斷0的中斷子程序。
播放子程序清單：
PLAY: MOV OISTO1, #20H
LCALL TRANS ；發(fā)出POWERUP命令
MOV TMOD , #01H
MOV DPTR ,#25536
MOV TH0, DPH
MOV TL0, DPL
SETB TR0
JNB TF0，$ ；等待TPUD40ms時間
MOV OISTO, PFROM
MOV OISTO1, PFROM1
；讀取播放記錄的首地址
ANL OISTO1, #07H
ORL OISTO1, #0E0H
LCALL TRANS ；發(fā)出SETPLAY命令
ORL OISTO1, #0F0H
LCALL TRANS ；發(fā)出PLAY命令
MOV IE, #81H
HERE: JB P1.2, OVER ；如果要求中止則結束
SJMP HERE
OVER: MOV OISTO1, #10H
LCALL TRANS；發(fā)出STOPPWRDN命令
LJMP SELECT
INTX0: MOV IE, #0
LJMP OVER ；播放結束返回
RETI
注：
TRANS 為單片機與語音芯片的通訊子程
OISTO和OISTO1為存儲控制位和地址的寄存器
SELECT 為循環(huán)查詢子程
INTX0為中斷子程
其他記錄子程序，前倒子程序和后倒子程序與播放的程序相似，在此不再贅述。

ISD33000使用中應注意的幾個問題
·ISD器件的音頻信號輸出功率很小，并不能直接驅動揚聲器，需要加音頻功放，如LM386。同時ISD送出的信號需通過電容耦合，隔離直流分量，以免其飽和。
·應注意RAC端口，每完成一行的錄音、放音及搜索操作，該端口輸出一個正脈沖。單片機檢測到此正脈沖，對應當前的行地址，可用于對錄放信息的精確定位。
·當中斷數據從ISD33000設備的MISO引腳移出時，控制位和地址位同時移入MOSI引腳。所以應注意傳送的數據是否符合當前系統(tǒng)的操作。■

參考文獻
1 唐明道.《15~60分鐘數字語音處理器》.《國外電子元器件》.2000年8月
2 何立民.《單片機應用系統(tǒng)設計》.北京航空航天大學出版社.1990年
3 ISD. ISD33120/150/180/240 Products Notebook