基于ISD1420的高響度語(yǔ)音電路設計

發(fā)布時(shí)間:2010-10-22 10:31    發(fā)布者:techshare
關(guān)鍵詞: ISD1420 , 高響度 , 語(yǔ)音電路
1 系統構成 

語(yǔ)音電路組成框圖如圖1所示。由PLC發(fā)布RS232電平信號,經(jīng)電平轉換后,為單片機AT89C51所接收。一方面控制語(yǔ)音芯片ISD1420放音,同時(shí)控制高亮度數碼顯示牌給出倒計時(shí)信號,為被訓練人員提供提示。看門(mén)狗則保證該電路正常運行。





2 語(yǔ)音信號控制

2.1 語(yǔ)音電路構成 

根據訓練要求,語(yǔ)音電路在起跑前10秒發(fā)出“長(cháng)提示音”一聲,然后每隔一秒發(fā)“短提示音”一聲,計時(shí)回零時(shí)發(fā)“發(fā)令槍聲”(發(fā)聲規律可調)!

語(yǔ)音部分電路設計見(jiàn)圖2!疤崾疽簟迸c“起跑槍聲”由語(yǔ)音存儲/再生芯片ISD1420分段存儲,ISD1420輸出的音頻信號經(jīng)電容耦合到兩片集成功率放大器TDA2003構成的BTL功放電路,最后由揚聲器輸出。MAX232將PLC送過(guò)來(lái)的RS?232電平信號轉換成TTL電平并送到單片機AT89C51,AT89C51根據PLC的指令,通過(guò)P3.6控制ISD1420的放音,P3.2~P3.5用來(lái)調整放音地址。MAX813L則作為看門(mén)狗為單片機AT89C51提供上電復位和運行監控,由P3.7提供喂狗信號。



2.2 語(yǔ)音電路特性

選用語(yǔ)音存儲/再生芯片ISD1420。該電路采用EEPROM存儲方法將模擬語(yǔ)音數據直接寫(xiě)入半導體存儲單元中,具有音質(zhì)自然、可反復錄放、抗干擾、低功耗等許多優(yōu)點(diǎn)。ISD1420放音時(shí)間為20秒;最多可分為160段,每段段長(cháng)最少125ms;輸入采樣6.4kHz;100000次錄音周期;5V單電源供電,放音電流15mA,維持電流0.5μA。完全滿(mǎn)足設計需要。使用28引腳的DIP封裝芯片,引腳功能見(jiàn)參考文獻[5]。地址引腳(A0~A7)有兩個(gè)作用,取決于A(yíng)7、A6的狀態(tài)。當A7或A6有一個(gè)為“0”時(shí),A0~A7解釋為地址位,作為當前錄放操作的起始地址。我們設計的電路使用了A0~A7的地址位功能。ISD1420的地址空間分配見(jiàn)表1。



根據需要,語(yǔ)音信號分為“提示音”和“發(fā)令槍聲”兩段存儲數據,“長(cháng)提示音”或“短提示音”則由放音時(shí)間來(lái)區分。利用A0~A7引腳的地址功能,將ISD1420的內部存儲空間分成兩部分。20秒存儲空間分為前8秒存儲“提示音”,后12秒存儲“發(fā)令槍聲”。本設計對語(yǔ)音信號的音質(zhì)要求并不高,所以語(yǔ)音數據事先由模擬方式錄入。由于實(shí)際放音持續時(shí)間都小于存儲的時(shí)間(8秒、12秒),可以通過(guò)調整語(yǔ)音芯片的低位地址A0、A1、A2(P3.2~P3.4控制)來(lái)選擇合適的數據段播放!

如圖2所示,語(yǔ)音電路在現場(chǎng)使用時(shí)只受控放音,



AT89C51的P3.6控制,放音時(shí)間長(cháng)短由P3.6低電平保持時(shí)間決定。放音地址則由P3.2~P3.5決定。P3.5=0為“提示音”地址;P3.5=1為“發(fā)令槍聲”地址,P3.2~P3.4為地址微調。何時(shí)放音、放哪段聲音、放多長(cháng)時(shí)間均由PLC發(fā)布命令。

2.3 BTL功放電路

起跑裝置要求在無(wú)交流電源時(shí),可用電瓶供電,所以電源設定為12V。由于在戶(hù)外使用,要求發(fā)出的聲音具有一定的響度,即要求語(yǔ)音電路有較大功率輸出。ISD1420內部輸出級帶有放大器,其直接的揚聲器驅動(dòng)功率為12.2mW(16Ω負載),這距離我們的實(shí)際需要相差很大,因此后級功放必須保證能在低電壓下輸出大功率信號,以推動(dòng)揚聲器發(fā)聲!

要在單電源低電壓條件下輸出大功率信號,功放電路選擇橋接式無(wú)變壓器輸出電路(即BTL電路),其基本工作原理由圖3所示的分立元件BTL電路簡(jiǎn)圖說(shuō)明。圖中有四個(gè)輸出管VT1~VT4,揚聲器接在兩個(gè)輸出端之間。在輸入信號u的正半周,VT1、VT4導通,VT2、VT3截止,輸出電流如圖中I1所示。在輸入信號u的負半周,VT2、VT3導通,VT1、VT4截止,輸出電流如圖中I2所示。正、負半周,揚聲器上的電位差方向相反,大小相等,都接近電源電壓,所以對電源的利用率很高。理論上BTL電路效率可達78.5%。? 實(shí)際使用的電路如圖2所示,兩片10W集成功率放大器TDA2003接成BTL電路形式,通過(guò)電容與揚聲器直接耦合,利用同時(shí)“推”“挽”的原理,揚聲器上正弦波峰峰值電壓近似為電源電壓的兩倍。輸出基本能滿(mǎn)足要求。



3 軟件設計 

AT89C51的軟件設計相對簡(jiǎn)單。主要包括與PLC的串行通訊程序(12MHz晶振、4800波特率、八位異步方式),放音控制程序,顯示控制程序及喂狗程序。由于都是常規的方法,這里不在贅述。

4 結論

本起跑訓練裝置的語(yǔ)音環(huán)節結構簡(jiǎn)單,成本較低,調整方便,可靠性高,實(shí)際使用證明能夠滿(mǎn)足場(chǎng)地自行車(chē)訓練要求。通過(guò)適當調整,該環(huán)節可用于其他場(chǎng)地競賽訓練。同時(shí),該設計也為智能儀器提供較大功率語(yǔ)音信號輸出給出了有益的嘗試。
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