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。

表1

K1	K2	段数
0	0	1
1	0	2
0	1	3
1	1	4

注：表中“0”表示接VSS，“1”表示接VDD。

    ISD1400系列产品目前已被用于微型固体录音机、通讯、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语音信箱、高级玩具等。ISD1420（14 16）与计算机、单片机相结合，应用前景十分广阔。ISD1420可分段存贮20秒语音信息，按每秒钟可读3个汉字计算，20秒可分段贮存609多个汉字语音。将ISD1420的A2～A7与单片机CPU的I/O口连接，这样可单独提取64段语凌晨信息，并在软件的支持下可自动组合成若干段完整的长短语句。例如在ISD1420中分段存入“电压”、“电流”“欧姆”、“伏”、：“安培”及“0～9”、“十”、“百”、“千”等语音，在单片机的控制下，通过与数字万用表电路或电压表、电流表等配接，便可制成语音报数万用表，及“会说话”的电压表、电流表等语音型智能仪器仪表。此外，还可以开发出“会说话的电子称”、“出租车自动语报价器”、“多路语音报警系统”等新颖电子电器产品。