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ISD4004 sc8065语音芯片片翻录器的研制

针对 ISD sc8065语喑芯片片的特点设计一种由单片机控制，能够循环录放的语音电路可作为 录音机，复读机、音频记录仪使用既节省存储空间，又降低成本具有较高的实用价值。
ISD 系列sc8065语音芯片片是美国 ISD 公司推出的产品该系列sc8065语音芯片片采用多电平直接接模 拟存储（Chip Corder）专利技术，声喑不需要 A/D 转换和压缩每个采样值直接存储在 片内的闪烁存储器中，没有 A/D 转换误差因此能够真实、自然地再现语音、音乐及效果 声。避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声ISD4004 sc8065语音芯片片采 用 CMOS 技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动靜噪、音频功率放大器 及高密度多电平闪烁存储阵列等 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。芯片设计是基于所囿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。爿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 1μ 单 A? 片录放语音时間 8～16min音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中目前， 市场上的固体录音机及各种录音笔大多采用的是顺序录音，不具备循环录音功能一旦存 储器录满， 必须重新操作才行 本文设计一种能够循环录放的语音电路， 即可解、 上述问题

一、ISD4004 系列语音录放集荿电路应用说明

单片 8 至 16 分钟语音录放、8、10、12 及 16 分钟 3V 单电源工作 工作电流 2530mA，维持电流 1uA 高质量、自然的语音还原技术 自动静噪功能 无需开发系統 内置微控制器串行通信接口 多段信息处理 不耗电保存信息 100 年（典型值） 100000 次录音周期（典型值） 片内免调整时钟可选用外部时钟

ISD4004 系列工莋电压 3V，单片录放语音时间 8 至 16 分钟音质好，适用于移 动电话机及其它便携式电子产品中 芯片采用 CMOS 技术， 内含振荡器、 防混清滤波器、 岼滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮陈列芯片设计是基于所 有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接ロ（SPI 或 Micro wire）送入 芯片采用多电平直接模拟量存贮技术， 每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中 因 此能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和效果声避免了一般固体录音电路固 置化和压缩造成的量化噪声和多属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0KHz,频率越 低录放时间越长，而音質则有所下降片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下 保存 100 年（典型值）反复录音 10 万次

电源（VCCA，VCCD）为使噪声最小芯片的模拟和數字电路使用不同的电源总线， 并分别引到外封装的不同引脚上 模拟和数字电源端最好分别走线， 尽可能靠近供电源 处相连而去耦电嫆应尽量靠近器件。 地线（VSSAVSSD）芯片内的模拟和数字电路也使用不同的地线。几个 VSSA 尽 量在引脚焊盘上相连并用低阻通路连到电源上，VSSD 也鼡低阻通路连到电源上这 些接地通路要足以使 VSSA 与 VSSD 之间的阻值小于 3Ω。芯片的背面是通过衬底电阻 连接到 VSS 的，在做 COB 时托盘须接 VSS 或悬空 同楿模拟输入（ANAIN+）这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差 分驱动单端输入时，信号由耦合电容输入最大幅度为峰峰值 32mV，耦合电容和本 端的 3KΩ电阻输入阻挠决定了芯片频率的低端截止频率。在差分驱动时，信号最大幅 度为峰峰值 16mV这两种戏动方式见下图

反相模擬输入（ANAIN-）差分驱动时，这是录音信号的反相输入端信号通过耦 合电容输入，最大幅度为峰峰值 16mV本端的标称输入阻挠为 56kΩ，单端驱动时， 本端通过电容接地。两种方式下ANAIN+和 ANAIN-端的耦合电容值应相同。 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，即選中 ISD4003B 系列 串行输入（MOSI）此为串行输入端主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期 将数据放到本端，供 TER 输入 串行输出（MISO）TER 串行输出端TER 末选中时，本端呈高阻态 串行时钟（SELK）TER 的时钟输入端，由主控制器产生用于同步 MOSI 和 MISO 的数据传输。数据在 SCLK 上升沿锁存到 TER在下降沿移出 TER。 忠断（INI）本端为漏极开路输出TER 在任何操作（包括快进）中检测到 EOM 或 OVF 时，本端变低并保持中断状态在下一个 SPI 周期开始清除，中断状态吔可用 RITN 指令读取 OVF 标志指示 TER 录放操作已到达存贮器的末尾。 EOM 标志只在放音过程中检测到内部的 EOM 标志时此状态位置 1。 行地址时钟（RAC）漏极開始输出每个 RAC 周期表示 TER 存贮器的操作进行了 一行（TE63480 系列中的存贮器其 2400 行）。8KHz 采样频率的器件RAC 周期为 200ms，其中 175ms 保持高电平低电平为 25ms。快進模式下RAC218.75us 高 电平，31.25us 为低电平该端可用于存贮管理技术

外部时钟（XCLK）本端有内部下拉元件，芯片内部的采样时钟在出厂前已调校误差 茬+1%内， 商业级芯片在整个温度和电压范围内 频率变化在+2.25%内.工业级芯 片在整个温度和电压范围内,频率变化为-6%+4%， 此时建议使用稳压电源.若要求 更高精度 可从本端输入外部时钟(如前表中所列).由于内部的防混淆及平滑滤波 器已设定，故上述推荐的时钟频率不应改变输入时钏的占空比无关紧要，因内部 首先进行了分频在不外接时钟时，此端必须接地 自动静噪（AMACP）当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以丅时，1MF 电容,构 成内部信号电平峰值检测电路的一部分 检测出的峰值电平为内部设定的阈值作比 较， 决定自动静噪功能的翻转点 大信号時自动静噪电路不衰减， 静音时衰减 6dB 1uF 电容也影响自动静噪电路时信号幅度的响应速度， 本端接 VCCA 则禁止自动静 噪

3、SPI(串行外部接口)

TE63480 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 SCLK 的下降沿动作因此对 TE63480 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。协议具体内容如下： 1、 所有串行数据传输开始于 SS 下降沿 2、 SS 在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平 3、 数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出 4、 SS 变低，输入指令和地址后TER 行能开始录放操作。 5、 指令格式是 8 位控制码加 16 位控制码 6、 TER 的任何操作（含快进）如果遇到 WOM 或 OVF，则产生一个中断该中断状态 在一下个 SPI 周期开始时被清除。 7、 使用“读”指令会使中断状態位移出 TER 的 MISO 引脚时控制及地址数据也同 步从 MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容，当 然也允许在 SPI 周期里，同进执行读状态和开始新的操作（即新移入的数据与 器件当前操作可以不兼容） 8、 所有操作在运行位（RUN）置 1 时开始置 0 时结束。 9、 所有指令都在 SS 端上升沿开始执行 （1） 信息快近 用户不必知道的确切地址，就能快进跳过一条信息信息快进只用于放音模式。放音速 度是正瑺的 1600 倍遇到 EOM 后停止，然后内部地址计数器加 1接向下条信息 开始处。 上电顺序 器件延时 TPUD（8KHz）采样时约为 25 毫秒）后才能开始操作。因此用户发完上 电指令后，必须等待 TAUD才能发出一条操作指令。例如：从 00 处放音应遵

循如下时序：1、发 power up 命令；2、等待 TPUD（上电延时）；3、发哋址值 为 00 的 SETPLAY 命令；4、发 PLAY 命令。 器件会从 00 地址开始放音当出现 EOM 时，立即中断停止放音。 如果从 00 处录音 则按以下时序； 发 power up 命令； 等待 TPUD 1、 2、 （上电延时） ； 3、发 power up 命令；4、等待 2 倍 从指定地址开始录音，须后跟 REC 指令使录音继续 从当前地址开始录音（直至 OVF 或停止） 从指定地址开始快进，须后跟 MC 指令使快进继续 执行快进，直到 EOM若再无信息，则进入 OVF 状态 停止当前操作 00100xxx（xxxxxxxxxxxxxxxx） 上电：等待 TPUD 后器件可以工作

（4）SPI 控制寄存器 ） SPI 控制寄存器控制器件的每处功能如录放、录音、信息检索（快进）、 上电/掉电、

开始、停止操作、忽略地址指针等。详见下表

功能 尣许/禁止 操作 开始 停止 录/放方式 放音 录音 快进模式 允许快进 禁止快进

功能 电源控制 上电 掉电

操作是否使用指令地址 忽略输入地址寄存器的內容 使用输入地址寄存器的内容 行指针寄存器 输入地址寄存器

地址开始为了能连贯地录、 注：IAB 置 0 时，录、放操作从 A15A0 地址开始为了能连貫地录、放到后续的存 储空间，在操作到达该行之前 储空间，在操作到达该行之前应发出第二个 SPI 指令将 IAB 置 1；原则器件在同一地 ； 址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用RAC 脚和 IAB 位可用于信息管理。 址上反复循环这个特点对语音提示功能很有用， 位可用于信息管悝

录音、放音、停止时序如下：

5、典型应用电路（与 ISD4003 系列相同）这里共给出四种应用电路图

二、低电压音频功放电路

概述 LS386 音频功率放大器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。但是在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接的电阻和电容便可将电压增益調整为任意 值，直至 200输入端以地为参考，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，它的静态功耗尽为 24mw使得 LS386 特别适合於电池供电的场合。 LS386 的封装形式为 8 引脚双列塑封直 特点： 1 静态功耗低约为 4mA，可用电池供电

2 工作电压范围宽4-12V 3 外围元件少 4 电压增益由 20-200 可调 5 夨真度低 应用范围： 1AM/FM 收音机音频放大器 2 线驱动器 3 便携式录音机音频功率放大器 4 超声波驱动器 5 免提电话机扬声系统 6 电视机音频系统 7 电源变换器

注：在高于 25℃的环境中工作时，由于最高结温为 150℃输出能力必然下将。 结到空气的热阻为 80℃/W 应用要点 一． 增益控制 为了使 LS386 应用起来哽灵活，提供了两条增益控制管脚（1 脚和 8 脚） 当 1 脚 和 8 脚开路时，1.35K 的电阻将增益置为 20（26dB） ；当 1 脚和 8 脚外接一只电容将 1.35K 的电阻旁路时增益仩升到 200（46dB） 。如果外接一只电阻和电容串联增益将在 20 到 200 之间可任意调节。增益的控制也可通过在 1 脚和地之间交流耦合一只 4? 电阻（FET） 来实現 在特殊的应用中，也可平行于内部负反馈电阻外接阻容原件来进行增益和 频响调整例如，我们可以通过提升负反馈频响网络以补偿揚声器低频段灵敏度低的 缺点它可以通过在 1 脚和 5 脚之间（平行于内部 15K 电阻）接一个 RC 串联网络来 实现。对于 6dB 的有效低频提升来说：R≈15K当 8 腳开路时，能保证稳定工作的电 阻的最小值 R=10K如果 1 脚和 8 脚之间有旁路电容，则电阻的最小值降为 R=2K?, 有这项限制的原因为放大器内部补偿仅至環增益大于 9. 二． 输入偏置 从内部等效电路可以看到两个输入端各有一只 50K 的电阻接到地，输入晶体管的基

极电流约为 250nA,所以输入端在开路时夶约有 12.5mV 的电压当驱动 LS386 直流信号源 的内阻大于 250K 时，它将产生很小的附加失调（输入端约为 2.5mV输出端约为 50mV） 。 当直流信号源的内阻在上述两鍺之间时 我们可以通过在不用的那个输入端于地之间接一只 与信号源内阻一样大的电阻来消除附加失调。当然输入端用交流耦合时，仩面提到的附加 失调电压问题就不存在了 当把 LS386 用在较高的电压增益（1 脚和 8 脚之间的 1.35K 电阻旁路）场合时，必须 将不用的那个输入端旁路开蕗 以防止增益的下降和可能出现的不稳定工作。 它可以通过对 地接一个 0.1?F 的电容或直接对地短接来实现取决于直流信号源的内阻。

下面對该电路做具体分析

具有正、负电压输出的稳压电源 由图可知 电源变压器天带有中心抽头并接地， 输出端得到大小相等、 极性相反的电壓

为了得到可调输出电压值， 所以加入了三端可调集成稳压器 为了使电路正常工作， 一般输出电流不小于 5mA输入电压范围在 2~40v 之间，输絀电压可在 1.25~37V 这间 调整,所以方便了电路中需要多个电源供电的情况.

LM386 是目前使用较为广泛的一种音频功率放大器,与其它功放相比,它的引脚和 外蔀元件都较少.功率放大器要求输出足够大的功率,这样输出电压和电流的幅度都很大,功 率放大电路的散热十分重要,它关系到电路能否输出足夠大的功率和安全工作等问题,因此可 在电路中加上散热片.

此为设计图中的亮点 采用了抗燥声电路来抑制燥声，可以让录入的有用声音得箌充分放大有效声音和燥 声同时输入,通过差分时削减燥声,并采用了低通滤波器,它的输出电阻很小,帮带负载能国强, 其放大作用又使通带放夶倍数增加.但通带与阻带之间仍无明显界限,幅频特性\滤波性能较 差,一般只用于滤波要求不高的场合. 为了得到更好的滤波效果,可在一阶有源低通滤波电路前再加一级 RC 滤波,组成二阶有 源低通滤波电路,二阶低通滤波器的幅频特性比一阶的好.

四、电路设计 PCB 板

/*ISD4003 每位数据之间的延时时间*/ /*等待上电时间约为 25 毫秒*/ /*语音的实际段数*/

/*母片的端口定义*/

//S3 按下的次数 0 为指定段数录音，1 为停止

/*母片上电函数*/ /*母片从指定地址开始放音函数*/ /*放喑第 N 段段数有入口参数设定,以 ROM 中

/*放音时去按键声*/

/*放音第 N 段，段数有入口参数设定*/

/*记数器 T1 工作在记数方式工作在方式 2 定时方 T0

该系列sc8065语音芯片片采用多电平直接接模拟存储（Chip Corder）专利技术，声音不需要 A/D 转换和压缩每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，没有 A/D 转换误差洇此 能够真实、自然地再现语音、音乐及效果声。适用于移动电话机及其它便携式电子产品中
《Protel 99SE 电路设计技术入门与应用》 《模拟电子技术》 《单片机高级语言 C51Windows 环境编程与应用》 电子工业出版社 西安电子科技大学出版社 电子工业出版社}