1 ISD4004語音芯片介紹
　　ISD系列語音芯片是Winbond公司推出的產(chǎn)品。該芯片采用多電平直接模擬存儲(chǔ)專利技術(shù)，聲音不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，模擬信號(hào)直接存儲(chǔ)在片內(nèi)的閃爍存儲(chǔ)器中，沒有A/D 轉(zhuǎn)換誤差， 因此能夠真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂及效果聲。避免了傳統(tǒng)錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。
　　ISD4004系列語音芯片的所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。錄音采樣頻率可為4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0Hz，錄放時(shí)間可為8min、10min、12min、16min。采樣頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，但音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于閃爍存儲(chǔ)器中，可在斷電情況下保存100年，反復(fù)錄音10萬次(典型值)。器件工作電壓為3V，工作電流為15～25mA，維持電流為1μA。適用于移動(dòng)電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。
　　本文以ISD4004-8MP(錄放時(shí)間為8min，PDIP封裝)語音芯片為例，介紹了語音拷貝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　(聲明：本系統(tǒng)僅供測(cè)試使用，未經(jīng)許可復(fù)制他人音頻內(nèi)容，造成的侵權(quán)行為，由使用者自己承擔(dān)；在使用本系統(tǒng)過程中造成的語音信息的失真、缺損及其它內(nèi)容變更等責(zé)任，由使用者自己承擔(dān)。)
2 ISD4004語音拷貝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體思路是用錄制好語音的器件(母片)放音，待拷貝的器件(子片)錄音。其關(guān)鍵在于確保拷貝出的子片語音信息和母片完全一致，為此采用地址拷貝法。首先母片放音一遍，確認(rèn)母片的語音信息地址，建立地址索引表；在母片放音的同時(shí)，子片同步進(jìn)行錄制拷貝，即在子片相同的地址處進(jìn)行相應(yīng)語音信息的錄制。地址拷貝法確保了母片和子片的語音信息地址完全一致。下面分軟件和硬件電路兩部分進(jìn)行介紹。
2.1 軟件的設(shè)計(jì)
2.1.1 母片語音地址的確定
　　母片語音地址的確定是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。ISD器件的地址不是通常意義上的字節(jié)地址單元，而是內(nèi)部存儲(chǔ)器的行地址。行是語音信息段的基本組成單位。以ISD4004-8MP為例，它內(nèi)部的3840K閃爍存儲(chǔ)器單元共分為1600行，每個(gè)地址單元指向其中的一行，即有1600個(gè)行地址單元。ISD4004-8MP的錄放時(shí)間為八分鐘，采樣頻率為8kHz，因此它的每行語音長(zhǎng)度為200ms，即地址分辨率為200ms。
　　ISD器件可以進(jìn)行多段錄放操作，每一段稱為一個(gè)語音信息段。一個(gè)語音信息段由其起始地址、記錄的數(shù)據(jù)和信息結(jié)束標(biāo)志EOM(表示一個(gè)語音信息段的結(jié)束)三部分組成。ISD器件出廠時(shí)，其內(nèi)部存儲(chǔ)器的一行已經(jīng)設(shè)計(jì)有多個(gè)可能的EOM標(biāo)志位置。ISD4004系列一行有八個(gè)，第一個(gè)位于行起始后的25ms處，第八個(gè)位于行結(jié)束處，剩下EOM標(biāo)志間隔25ms均勻分布。錄音停止后，向器件發(fā)送STOP命令，錄音的進(jìn)程不會(huì)馬上停止，到了下一個(gè)最近的可能EOM標(biāo)志位置時(shí)，用一個(gè)EOM標(biāo)志寫入器件來記錄語音結(jié)束的位置。這樣做可以使錄音的進(jìn)程在盡可能短的時(shí)間內(nèi)停止。在實(shí)際應(yīng)用中，一行最多只能有一個(gè)EOM標(biāo)志說明語音信息段的結(jié)束，無論這個(gè)標(biāo)志在哪里，下一條語音信息將從新的一行開始。所以一個(gè)語音信息段可以占用一行或多行存儲(chǔ)空間，可以包括多個(gè)地址單元；一個(gè)地址單元最多只能作為一個(gè)獨(dú)立的段。ISD4004最多可以分為1600個(gè)語音信息段。
　　ISD器件存儲(chǔ)陣列中的每一行都可以獨(dú)立尋址。錄放操作都是從一行的行首開始，可以一直持續(xù)到行尾，自動(dòng)無縫跳轉(zhuǎn)到下一行開始，繼續(xù)錄放。不同之處在于放音時(shí)，遇到EOM標(biāo)志時(shí)，放音自動(dòng)停止，產(chǎn)生中斷；錄音時(shí)，需要向器件發(fā)送STOP命令，寫入一個(gè)EOM標(biāo)志，結(jié)束錄音。
　　放音時(shí)，每播放一行語音，產(chǎn)生一個(gè)RAC周期信號(hào)。每個(gè)RAC周期表示ISD存儲(chǔ)器操作進(jìn)行了一行。該信號(hào)保持175ms的高電平，低電平為25ms。該端可以用于存儲(chǔ)器管理。ISD在播放和快進(jìn)操作中檢測(cè)到EOM或者OVF標(biāo)志(表明ISD錄放操作已經(jīng)達(dá)到存儲(chǔ)器的末尾)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生中斷，變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期時(shí)清除，也就是說每播放完一個(gè)語音信息段，便會(huì)產(chǎn)生中斷。因此，RAC和配合，可以確定每個(gè)語音段的起始和結(jié)束地址。在硬件設(shè)計(jì)中，母片ISD4004的引腳接單片機(jī)的外部中斷" title="外部中斷">外部中斷INT0引腳，母片ISD404的RAC引腳接單片機(jī)的外部中斷INT1引腳，通過外部中斷INT0的中斷程序，判斷語音信息段的結(jié)束，通過外部中斷INT1的中斷程序，記錄播放的行數(shù)目(即行地址)，那么下一個(gè)地址就是新的語音信息段的開始地址。這樣可通過中斷服務(wù)程序，獲取每個(gè)語音信息段的地址，然后建立地址索引表，記錄其起始地址。
2.1.2 各種子程序" title="子程序">子程序的設(shè)計(jì)
　　為了便于編程，對(duì)ISD器件的操作都需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的子程序。其中有：POWERUP(上電" title="上電">上電)、SETPLAY(從指定地址開始放音)、PLAY(從當(dāng)前地址開始放音)、SETREC(從指定地址開始錄音)、REC(從當(dāng)前地址開始錄音)、SETRMC(從指定地址開始快進(jìn))、MC(從當(dāng)前地址開始快進(jìn))、STOP(停止當(dāng)前操作)、STOPWRDN(停止當(dāng)前操作并掉電)、RINT(讀狀態(tài)OVF和EOM)。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)母片和子片都有相應(yīng)的子程序。根據(jù)器件的手冊(cè)，某些操作必需進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。播放和錄音時(shí)，還應(yīng)遵守適當(dāng)?shù)牟僮鞔涡颉?BR>　　(1) POWERUP
　　上電操作時(shí)，要等待Tpud(上電延遲)后器件才能工作。因此，單片機(jī)發(fā)送完上電指令后，必須等待Tpud，才能發(fā)送其它的指令。對(duì)于ISD4004-8MP，Tpud＝25ms。
　　(2) STOP
　　在放音或者錄音過程中停止當(dāng)前操作時(shí)，單片機(jī)發(fā)送完停止指令后，要等待Tstop后器件才能停止工作。對(duì)于ISD4004-8MP，Tstop＝50ms。
　　(3) 為了達(dá)到較好的放音和錄音質(zhì)量，錄音和放音時(shí)，建議采用下面的操作順序：
　　放音時(shí)：①發(fā)送POWERUP命令；②等待Tpud；③從指定地址播放時(shí)發(fā)送SETPLAY命令，從當(dāng)前地址播放時(shí)發(fā)送PLAY命令；④結(jié)束放音時(shí)發(fā)送STOP命令或者等待播放操作檢測(cè)到EOM或者OVF時(shí)自動(dòng)停止。⑤等待Tstop。
　　錄音時(shí)：①發(fā)送POWERUP命令；②等待Tpud；③再次發(fā)送POWERUP命令；④等待2倍Tpud；⑤從指定地址錄音時(shí)發(fā)送SETREC命令；從當(dāng)前地址錄音時(shí)發(fā)送REC命令；⑥發(fā)送STOP命令，結(jié)束錄音；⑦等待Tstop。
2.1.3 拷貝程序的設(shè)計(jì)
　　拷貝前，先把母片語音完全播放一遍，建立地址索引表。母片語音地址確定后，可以開始語音拷貝。通過相關(guān)子程序，從母片地址索引表中調(diào)入不同語音段的地址，開始播放，子片在相同的地址開始錄音。播放到一個(gè)語音段結(jié)束時(shí)，母片檢測(cè)到EOM標(biāo)志，放音結(jié)束，并產(chǎn)生中斷，單片機(jī)調(diào)用中斷程序，向子片發(fā)送STOP命令，寫入EOM標(biāo)志，表示語音結(jié)束。延時(shí)Tstop，跳出中斷后，記錄已經(jīng)錄制的語音數(shù)目，并調(diào)入下一條語音的地址，重復(fù)進(jìn)行操作，直到地址表查詢完畢或者母片檢測(cè)到OVF標(biāo)志，表示全片放音結(jié)束，錄音結(jié)束。