IS22C011/20語音芯片的原理及在MCS-51單片機(jī)中的應(yīng)用

IS22C011和IS22C020是ISSI公司推出的高品質(zhì)語音芯片，它們采用 ADPCM壓縮技術(shù)、POP減噪技術(shù)和最先進(jìn)的亞微米EPROM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了即時編程，并使用戶產(chǎn)品的開發(fā)時間大為縮短。IS22C011／20可由多種開發(fā)工具來支持，如IS22VP002（單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)）、IS22VP003／004（PC機(jī)開發(fā)系統(tǒng)）等。該芯片只需極少的外圍元件，便可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的語音播放，IS22C011／20語音芯片采用串聯(lián)擴(kuò)展可使播放時間不受限制，而采用并聯(lián)擴(kuò)展則有利于混音的形成。同時由CPU對其進(jìn)行部分引腳的控制可方便地應(yīng)用于儀器設(shè)備的語音提示或報(bào)警。IS22C011與IS22C020的主要技術(shù)特性如下：
●語音長度：
— 8kHz取樣：011／020：8／16s；
— 6kHz取樣：011／020：10／20s；
— 5kHz取樣：011／020：12．8／25．6s；
●電源電壓：DC2．4～6．0V；
●靜態(tài)功耗：＜5μA；
●防抖觸發(fā)延時時間（Debounce delay）：15ms
●STP脈沖寬度：30ms；
●采用4鍵觸發(fā)可提供8段語音。

1 引腳功能

IS22C011／20采用16－PIN和SOP封裝形式，其引腳排列如圖1所示，各引腳功能如下：
1、6腳（LED1、LED2）：LED顯示驅(qū)動端，3Hz閃爍，011為高電平有效，020為低電平有效；
2、3腳（VOUT1、VOUT2）：蜂鳴器驅(qū)動端；
4 腳（GND）：電源地；
5腳（STP／BUSY）：STP語音結(jié)束脈沖輸出信號或BUSY信號；
7腳（COUT）：電流型D／A轉(zhuǎn)換輸出端口，其輸出信號可用于驅(qū)動揚(yáng)聲器；
8腳（OSC）：振蕩器電阻接入端，可用于控制采樣頻率；
9 腳（VPP）：編程電源端，放音時不用；
10、11、13、14腳（S1～S4）：語音觸發(fā)端，通常在內(nèi)部被拉低，高電平有效，可用于控制8段語音，其譯碼如表1所列；
21腳（VCC）：電源正端；
15腳（SBT）：全播或順序播放控制端，此端采用內(nèi)部下拉，高電平有效；
16腳（IRP）：停止播放控制端，采用內(nèi)部拉低，高電平有效。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

IS22C011／20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，由圖可知，該芯片用振蕩器、時鐘信號發(fā)生器來提供時鐘信號。其振蕩器頻率（即語音采樣頻率）由外接振蕩電阻ROSC確定，振蕩線路采用高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此在正常的工作電壓范圍內(nèi)，采樣頻率均可保持恒定。該芯片中的邏輯控制電路是芯片的控制中心，可協(xié)調(diào)和控制地址定序器、 ADPCM譯碼器、POP減噪電路等線路的工作。EPROM為256k字節(jié)的一次性（OTP）存貯器，可分成8段語音，每段語音長度由用戶編程控制，長短可不一，但總長度不能超過存貯器總?cè)萘康脑试S時間（如若采樣頻率為8kHz，總長度不能超過8s）。蜂鳴器緩沖輸出采用PWM輸出方式，可直接驅(qū)動蜂鳴器，并可減少耗電量，因此特別適用于鈕扣電池供電設(shè)備。其D／A電流輸出可直接用晶體管來推動揚(yáng)聲器（1／4W），而無需復(fù)雜的濾波線路。

3 可編程選項(xiàng)及時序圖

IS22C011／20具有可編程選項(xiàng)功能，包括脈沖觸發(fā)及電平觸發(fā)選項(xiàng)、STB全播或順序播放選項(xiàng)、STOP或BUSY信號選項(xiàng)、放音結(jié)束噪音自動下降及非自動下降選項(xiàng)。圖3所示是其前三項(xiàng)選項(xiàng)的時序圖。放音結(jié)束噪聲自動下降通常是指在放音結(jié)束時COUT端出現(xiàn)的“POP”噪聲的下降。實(shí)際上，放音結(jié)束時使COUT端的輸出電流漸漸減少為零可降低電流突然為零（即非自動下降時）時出現(xiàn)的“POP”噪聲（即POP減噪），它可在聲音數(shù)據(jù)編碼時由用戶選擇與編程，其信息與聲音數(shù)據(jù)通常被存貯在存貯器中。

圖3中還給出了S1脈沖觸發(fā)及電平觸發(fā)的COUT時序圖，S2～S4的COUT時序圖則與S1完全一致。而SBT信號僅給出了脈沖觸發(fā)的時序圖，其電平觸發(fā)時序可參考S1時序。

4 典型應(yīng)用

圖 4為 IS22C011／20的典型應(yīng)用電路（LED1、LED2為020的驅(qū)動方式），圖中的三極管的β值應(yīng)大于130、SP可選用8Ω、1／4W的揚(yáng)聲器。圖5為芯片串聯(lián)使用時的電路圖，該電路的語音長度為兩片之和。圖6為并聯(lián)使用時的電路圖，其語音段可由8段擴(kuò)展為16段，也可混音輸出。