一种基于单片机控制的ISD4004语音芯片应用电路

1 前言
ISD4004语音芯片是由美国ISD公司推出不久的新产品。关于该语音芯片的引脚说明以及内部电路等，因为很容易在ISD公司提供的芯片资料中查到，笔者就不在本文作过多的描述。只简单对其特点做一介绍。
与普通的录音/重放芯片相比，ISD4004具有如下特点：首先是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要A/D转换和压缩。其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存数据长达100年，重复记录10000次以上。此外，ISD4004具有记录时间长（可达16分钟，本文采用的为8分钟的 ISD4004语音芯片）的优点。最后，ISD4004开发应用具有所需外围电路简单的优点，这一点从本文介绍的其在语音报站器中的实际应用中可以体会到。

2 硬件电路设计
在目前市场上流通的语音报站器，大多采用的不是ISD4004系列的芯片。这固然由于ISD4004推出不久以及其价格偏高有关。但随着ISD4004应用的增多以及价格的回落，再加上ISD4004系列芯片本身又具有的多次重复录放、自带存储器、使用简单等优点。可以相信，在语音报站器中采用 ISD4004系列语音芯片也是完全可行的。笔者设计了该装置的硬件电路并进行了上车调试，取得了较为满意的效果。
本文讨论的语音报站器主要是指装在车上的放音电路，不包含录音电路，在实际应用中由录音电路完成报站内容的录音工作，并存储到语音芯片中。本文主要结合ISD4004在放音电路中的使用来介绍ISD4004的典型应用。

2.1 硬件电路图
本文讨论的报站器主电路主要由单片机89C52和ISD4004构成。该系统的硬件电路连接如图1所示：

图1

本系统可以主要分为三部分。单片机控制部分、放音部分和显示部分。本文的显示电路采用的是通过P3.0，P3.1控制的两个7段数码管的静态显示，在此不作详细介绍。控制部分则主要由单片机89C52构成，包含必要的按键电路、复位电路和看门狗电路等外围电路。放音部分主要由ISD4004构成，包含配套的变压电路，功放电路等。
从图中可以看出89C52和ISD4004之间的连接较少，单片机的P1.0－P1.3引脚接按键，控制报站器工作过程中的放音与否和放音内容。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。 P3.0，P3.1控制外围显示电路，在报站器工作过程中显示出当前的站号。P3.2和P3.3分别接ISD4004的串行时钟引脚SCLK和中断引脚 /INT。对于ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT，该引脚通过一个滤波电容与扬声器连接，AMCAP为自动静音端，使用时通过一个电容接地。此外由于ISD4004的工作电压为3伏，而单片机所需供电电压为5伏，因此需要采用变压电路得到3伏电压供ISD4004使用。

3 软件设计
3.1 程序流程图
如图2所示：

图2

3.2 程序工作思想
电路上电后，程序首先完成程序的初始化，随后查询按键状态，进入系统待机状态。如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。按键包括放音键，停止键，加一，减一键以及特殊语键。在待机状态下，如果放音键首次被按下，程序将首先判断是去还是回（公交车路径一般是既去又回的），并点亮相应的指示灯。自动读出第一站的放音内容，站号显示1。如果不是首次按下，程序则首先判断当前站号，并以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址。调用放音子程序，读入前面获得的本站放音内容首地址，开始放音。每一句放音完毕后，ISD4004的中断引脚（25脚）会自动送一低电平信号。在硬件设计中，该引脚与单片机的 P3.3连接。因此，会引起一次中断，在中断子程序中会有一个计数器记录中断次数，从而判断何时一站结束，站号加一并刷新显示。加一键按下后则使程序放音内容转向下一站，减一键则使程序放音内容转向上一站，相应的站号显示也将随之刷新。特殊语键按下后，程序转向执行特殊语放音（譬如拐弯请注意等语句）。停止键被按下将中止当前的放音状态。
3.3 部分工作子程序
为了便于读者对ISD4004应用的理解，本文给出了部分操作程序。
该部分程序主要完成放音操作，把获得的放音内容的地址送到ISD4004中，完成放音。下面给出的就是放音部分程序。放音子程序：
PLAY:
ACALL POWERUP ;上电子程序
ACALL DELAY25 ;延迟子程序，至少延迟25ms
CLR P1.6 ;选中ISD4004
MOV PLAY2,#11100000B ;存放SETPLAY命令
MOV A,PLAY0 ;送放音地址低8位
ACALL SEND ;调用送地址子程序
MOV A,PLAY1 ;送放音地址高8位
ACALL SEND
MOV A,PLAY2 ;送SETPLAY命令
ACALL SEND
SETB P1.6
CLR P1.6
MOV PLAYING,#11110000B ;送入放音指令
MOV A,PLAYING
ACALL SEND
SETB P1.6
RET
POWERUP: ;送上电指令子程序
MOV POWING,#00100000B ;送入语音芯片上电信号
MOV A,POWUPING
CLR P1.6
ACALL SEND
SETB P1.6
RET
SEND: ;向ISD4004送指令，地址等的子程序
CLR MOSI
CLR P3.2
MOV R1,#8
OUTBIT1:
CLR P3.2 ;时钟下降
RRC A
MOV MOSI,C ;输出1位
NOP
NOP
NOP
SETB P3.2 ;时钟上升沿到
NOP
NOP
NOP
DJNZ R1,OUTBIT1
RET
3.4 编程以及调试时要注意的一些问题
在放音程序中，要严格按照ISD4004的要求编程。首先要送上电指令，然后等待25毫秒的延迟，再送16位放音起始地址，最后送8位的开始放音指令。
在放音电路的调试过程中，首先测量ISD4004的工作电压是否3伏，如果是则进入下级调试。再看是否可以送入放音地址，对此可以测量AUDOUT引脚的电压，若为1.2伏则说明可以读入放音地址。随后测量是否能够放音，可以测量AUDOUT引脚电压，若为1.2伏，则说明ISD4004芯片工作正常，应该可以放音。如果还没有听到放音，则可以调试后级放音电路，看是否后级电路的问题。