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3.2 语音提示
ISD4004系列语音芯片工作电压为+3V,单片录放时间8到16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存储陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中,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因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可以是4.0,5.3,6.4或8.0kHz，频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存储器中,可在断电情况下保存一百年(典型值),可反复录音十万次。 3.2.1 内部结构
图3.3 ISD4004的内部结构
3.2.2引脚描述
（1）电源(VCCD,VCCA) 芯片内部数字电路电源正极引脚和模拟电路电源正极引脚。为使噪声最小,芯片的数字电路和模拟电路使用不同的电源供电,并且分别引到外封装的不同管脚上,数字和模拟电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。
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（2）地线(VSSD,VSSA) 芯片内部数字电路电源地线和模拟电路电源地线引脚。芯片的数字电路和模拟电路也要使用不同的地线。
图3.4 ISD4004芯片引脚
（3）同相模拟输入(ANA IN+) 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电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰-峰值16mV。 （4）反相模拟输入(ANA IN-) 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。 （5）音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动5KΩ的负载。 （6）片选(SS) 此端为低,即向ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 （7）串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，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,以供输入。 （8）串行输出(MISO) 此端为串行输出端，芯片未被选中时,本端呈高阻态。 （9）串行时钟(SCLK) 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上升沿锁存到芯片,在下降沿移出芯片。 （10）中断(INT) 本端为漏极开路输出。芯片在任何操作(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周期开始时清除。中断状态也可用RINT指令读取（OVF标志指示芯片的录/放操8
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作已到达存储器的末尾；EOM标志只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1）。
（11）行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个RAC周期表示芯片存储器的操作进行了一行(ISD4004系列中的存储器共2400行)。该信号保持高电平175ms,低电平25ms。快进模式下,RAC 218.75μs是高电平，31.25μs为低电平。该端可用于存储管理技术。
（12）外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在1%以内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在2.25%以内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在4%以内,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。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。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接时钟时,此端必须接地。
（13）自动静噪(AM CAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于滤除无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1μF的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。1μF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA则禁止自动静噪。 3.2.3 操作规则
（1）串行外设接口 ISD4000系列语音芯片工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，设定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿将数据送至MISO引脚。以ISD4004为例，协议的具体内容如下：
①所有串行数据传输开始于SS下降沿。
②SS在传输期间必须保持低电平，在两条指令之间则保持高电平。 ③数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。
④SS变低，输入指令和地址后，ISD4004才能开始录/放操作。 ⑤指令格式是(八位控制码)加（十六位地址码）。
⑥ISD4004的任何操作如果遇到EOM或OVF，则产生一个中断，该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。
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⑦使用“读”指令使中断状态位移出ISD4004的MISO引脚时，控制及地址数据也应同步从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，也允许在一个SPI周期里，同时执行读状态和开始新的操作（即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容）。
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。
（2）信息快进 用户不必知道信息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，放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停止，然后内部地址计数器1，指向下一条信息的开始处。
（3）上电顺序 器件延时TPUD（8KHz采样时，约为25ms）后才能开始操作。因此，用户发完上电指令后，必须等待TPUD，才能发出下一条操作指令。
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发地址值为00的SET PLAY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： ①发POWER UP指令; ②等待TPUD（上电延时）； ③发POWER UP命令； ④等待2倍TPUD;
⑤发地址值为00的 SET REC命令； ⑥发REC命令。
器件便从00地址开始录音，一直到出现OVF（存储器末尾）时，录音停止。
（4）指令码
表3.1 ISD4004的指令码
指令 POWERUP SETPLAY PLAY 控制码 00100xxx 11100xxx 11110xxx 操作 上电：等待TPUD后可以工作 从指定地址开始放音 从当前地址开始放音 10
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SETREC REC SETMC MC STOP STOPWRDN RINT 10100xxx 10110xxx 11101xxx 11111xxx 0x110xxx 0x01xxxx 0x110xxx 从指定地址开始录音 从当前地址开始录音 从当前地址开始快进 执行快进，直到EOM 停止当前操作 停止当前操作并掉电 读状态OVF和EOM 注：快进只能在放音操作开始时选择。 （5）SPI端口的控制位
MISOOVF EOM P0~P15 0 0 0 0 0 0 MOSI C4 C3 C2 C1 C0 X X X A15~A0 快进模式 操作是否使用指令地址 电源控制 录/放模式 允许/禁止操作 图3.5 ISD4004的SPI控制位
（6）SPI控制寄存器 SPI控制寄存器控制器件的每个功能，如录音、放音、信息检索（快进）、上电/掉电、开始/停止操作、忽略地址指针等。
表3.2 ISD4004的SPI控制寄存器
控制位 值 RUN 1 0 P/R 1 0 MC 1 0 功能 允许/禁止操作 开始 停止 录/放模式 放音 录音 快进模式 允许 禁止 控制位 值 PU 1 0 IAB 1 0 P15-P0 A15-A0 功能 电源控制 上电 掉电 是否使用指令地址 忽略输入地址寄存器内容 使用输入地址寄存器内容 行指针寄存器输出 输入地址寄存器 11