基于ISD1420制作单片永久性语音录放电路

ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路,由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成.一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成.录音内容存入永久存储单元,提供零功率信息存储,这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利--直接模拟存储技术(DAST TM)实现的.利用它,语音和音频信号被直接存储,以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器.直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现.仅语音质量优胜,而且断电语音保护.
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.