在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中，廣泛應(yīng)用了工作狀態(tài)和故障狀態(tài)報(bào)警裝置，通常它以聲、光形式提醒操作者及時(shí)處理出現(xiàn)的問題。隨著新技術(shù)的發(fā)展，人們又開始將語音技術(shù)應(yīng)用到這一領(lǐng)域。它以更直觀、易懂、更方便、準(zhǔn)確的形式向操作者提供有關(guān)信息，使操作者能夠更準(zhǔn)確、快速地處理系統(tǒng)問題。美國ISD公司生產(chǎn)的ISD系列智能語音存儲芯片音質(zhì)好，長期斷電語音信號不丟失，非常適合于電子產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。筆者成功應(yīng)用ISD4004和AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了火車站信號自動(dòng)語音播報(bào)系統(tǒng)，通過對火車站鐵路線的上行和下行控制、車輛調(diào)度、系統(tǒng)主副電源的啟用等多路信號進(jìn)行檢測并采集，根據(jù)安全隱患的防范要求，由單片機(jī)控制查詢安全警示語音信息并播報(bào)，實(shí)現(xiàn)安全操作提示及報(bào)警。系統(tǒng)在火車站信號室控制臺上安裝使用，運(yùn)行穩(wěn)定，信號播報(bào)準(zhǔn)確，取得了很好的效果。

　　1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原理框圖見圖1，由微控制器AT89C51、ISD4004語音電路、音頻功率放大電路、可編程并行接口8255、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換、信號輸入接口、系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位及鍵盤等單元電路組成。

　　1.1 ISD4004的特性

　　ISD4004 系列語音存儲芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列，內(nèi)置微控制器串行通信接口。芯片所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送人。外部的音源信號在芯片內(nèi)采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，信息可進(jìn)行多段處理，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲。存于片內(nèi)閃爍存貯器中的信息，可在斷電情況下保存100年。芯片工作電壓為3 V，工作電流為25～30 mA，維持電流1μA，不耗電，單片錄放時(shí)間8～16 min，可反復(fù)錄音10萬次。

　　1.2 ISD4004的引腳及封裝形式

　　ISD4004采用28腳的SOIC封裝，其引腳排列如圖2所示。

　　1.3 ISD4004與AT89C51單片機(jī)的接口

　　ISD4004工作于SPI串行接口，按照同步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟PI協(xié)議，所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于單片機(jī)主控器發(fā)送給ISD4004的片選信號SS下降沿。SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間則保持為高電平。來自串行數(shù)據(jù)輸入端MOSI引腳的數(shù)據(jù)在串行同步時(shí)鐘上升沿被鎖存，對 ISD4004串行數(shù)據(jù)輸出端MISO引腳的數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿被移出。ISD4004的任何一個(gè)錄音和放音操作(含快進(jìn))，都是按分段地址進(jìn)行的，每段包含若干行，每行相當(dāng)于存儲單元，在行地址時(shí)鐘信號RAC的控制下進(jìn)行錄放信息的存儲管理。RAC信號周期為200 ms，高電平占空比為3/4。當(dāng)錄音和放音操作到內(nèi)部存儲單元地址的末尾時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)OVF或EOM結(jié)束標(biāo)志信號，如果遇到EOM或OVF，則產(chǎn)生一個(gè)低電平有效的INT中斷信號，該中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)被清除。ISD4004與AT89C51單片機(jī)連接如圖3所示。

ISD4004的片選信號SS引腳與AT89C51單片機(jī)的I/O口P1.0連接，由程序指令產(chǎn)生有效的低電平信號。串行數(shù)據(jù)輸入MOSI引腳和串行數(shù)據(jù)輸出MISO引腳分別與P1.1和P1.3連接，串行收發(fā)的數(shù)據(jù)信息在程序指令的控制下，由片內(nèi)移位寄存器鎖存，其同步時(shí)鐘信號SCLK由單片機(jī)P1.2 控制。行地址時(shí)鐘RAC和中斷請求信號INT分別與P3.2(INT1)和P3.3(INTO)連接。

　　1.4 音頻輸出

　　系統(tǒng)信號所對應(yīng)的提示語音，如“上行列車開過來了，區(qū)間占用”、“請求上行發(fā)車，信號開放”等信息，已通過專用設(shè)備按地址分段固化到ISD4004內(nèi)部 E2PROM的存儲單元。在程序控制下，相應(yīng)的語音信號由ISD4004的13腳(AUOUT)輸出，經(jīng)耦合電容C4和音量控制電位器RW，送入低噪聲功率放大集成電路進(jìn)行放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。為使輸出語音噪聲達(dá)到最小，系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地分開走線，盡可能在靠近供電端處相連，并且分別引到 ISD4004芯片的VSSA和VSSD管腳上，退耦電容也應(yīng)盡量靠近芯片。

　　1.5 I/O口的擴(kuò)展