概述： 在很多應用場合中,，需要用到語音錄放功能，如復讀機,、電話自動應答裝置等,。本文介紹一種簡單實用的dsPIc數(shù)字信號控制器，用來完成語音錄放功能,。由于dsPIC強大的數(shù)字信號處理功能，可以提供后續(xù)的復雜處理等,，具有良好的易擴展性,。
介紹dsPIc數(shù)字信號控制器以廈ISD4002語音芯片的功能特點；特別介紹dsPIC的SPl庫函數(shù)的功能及使用,，并給出一種簡單的語音錄放電路。具有低成本,、易使用等特點,，有較高的實用價值。
1 dsPlC系列的簡單介紹
dsPIC系列是Microchip公司推出的新型16位高性能數(shù)字信號控制器,。它結合了單片機的控制優(yōu)點及數(shù)字信號處理器(DSP)的高速運算特性,，為嵌入式系統(tǒng)提供了單一芯片解決方案,。它繼承了PlC單片機系列的哈佛總線結構和精簡指令集(RISC)技術，以及尋址方式簡單,、運行速度快,、功耗低、驅動能力強等優(yōu)點,，同時集成了主板級的DSP功能,，能夠提供強大的數(shù)字信號處理能力,；此外，還提供了如UART,、CAN、SPI等豐富的外圍接口,，可以方便地與其他設備進行通信互聯(lián)。本文介紹使用dsPIC數(shù)字信號控制器的SPI接口與ISD語音芯片進行通信控制,，使用的芯片型號為dsPIc30F6014,。
2 ISD系列語音錄放芯片
ISD系列語音芯片是美國ISD公司推出的產(chǎn)品。該系列芯片采用多電平直接模擬存儲(Chip Corder)專利技術，聲音不需要A/D轉換和壓縮，每個采樣直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中,，避免了A/D轉換的誤差；能夠真實,、自然地還原語音,、音樂及效果聲；避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲,。ISD4000系列采用CM0s技術,，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器,、平滑濾波器,、自動靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列等,，只需要很少的外圍器件即可構成一個完整的語音錄放系統(tǒng),。它的操作命令通過串行通信接口(SPI)或Microwire送入；采樣頻率可為4.O Hz,、5.3 Hz、6.4 Hz,、8.O Hz，頻率越低,，錄放時間越長,，但音質會有所下降,；片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中,，可在斷電情況下保存100年(典型值),，反復錄音10萬次,；器件工作電壓3 v,，工作電流25～30 mA，音質好,，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品,。本設計使用的芯片型號為ISD4002，單片錄放時間為120 s,。
3 SPI接口介紹
SPI是由美國摩托羅拉公司推出的一種同步串行傳輸規(guī)范,，常作為單片機外設芯片串行擴展接口。SPI有4個引腳：SS(從器件選擇線),、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出線),、SDI(串行數(shù)據(jù)輸入線)和SCK(同步串行時鐘線),。SPI可以用全雙工通信方式同時發(fā)送和接收8(16)位數(shù)據(jù),，過程如下：主機啟動發(fā)送過程，送出時鐘脈沖信號,，主移位寄存器的數(shù)據(jù)通過SDO移入到從移位寄存器，同時從移位寄存器中的數(shù)據(jù)通過SDI移人到主移位寄存器中,。8(16)個時鐘脈沖過后,，時鐘停頓,，主移位寄存器中的8(16)位數(shù)據(jù)全部移人到從移位寄存器中，隨即又被自動裝入從接收緩沖器中,，從機接收緩沖器滿標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”,。同理,，從移位寄存器中的8位數(shù)據(jù)全部移入到主寄存器中,，隨即又被自動裝入到主接收緩沖器中．主接收緩沖器滿標志位(BF)和中斷標志位(SSPIF)置“1”,。主CPU檢測到主接收緩沖器的滿標志位或者中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù),。同樣,，從CPU檢測到從接收緩沖器滿標志位或中斷標志位置1后，就可以讀取接收緩沖器中的數(shù)據(jù),，這樣就完成了一次相互通信過程,。這里設置dsPIC30F6014為主控制器，ISD4002為從器件,，通過SPI口完成通信控制的過程,。
4 dsPIC的SPI函數(shù)庫
dsPIC30F6014提供了2個SPI接口模塊，每個接口模塊包括三個特殊功能寄存器和四個引腳,。SPIxBUF是數(shù)據(jù)緩沖寄存器,。需要注意的是,，接收緩沖SPIxRBF和發(fā)送緩沖SPIxTBF共享同一個地址,，即它們都是地址映射到SPIxBUF的。也就是說,，當對接收或發(fā)送緩沖寄存器操作時,，都只能對SPIxBUF進行操作,，而不能直接對SPIxRBF或SPIxTBF進行操作。SPIxCON是控制寄存器,，用來對sPI模塊的操作模式等進行配置；SPIxSTAT是狀態(tài)寄存器,，用來標示SPI模塊所處的狀態(tài)。其模塊框圖如圖1所示。
通過對控制寄存器的配置,，可以將SPI模塊設置為8位或16位模式,、主模式或從模式,、幀同步等多種操作模式,，還可以對時鐘邊沿,、時鐘分頻倍數(shù)等進行配置。這里使用了以dsPIC為主,，ISD為從的主從模式,。Microchip提供的外圍接口庫可以方便地完成這些配置工作。
dsPIC Language Tools Libraries是MictoChip公司提供給開發(fā)者的一套工具庫,，其中主要含3個子庫．DSP庫,，提供常用的DSP函數(shù)；外圍接口庫,，提供對dsPIC系列所有外圍接口的驅動函數(shù),，包括SPI接口；標準C及數(shù)學函數(shù)庫,，可在Microchip的官方網(wǎng)站下載(www．microchip． com),。我們使用其中的外圍接口庫中的SPI庫函數(shù)即可。SPI庫中主要包括以下幾個函數(shù)：
①configIntSPIx SPI中斷配置函數(shù),。該函數(shù)可以對sPI接口的中斷使能位以及中斷優(yōu)先級進行配置,，返回值為空。
②CloseSPlx關閉SPI接口,。
③DataRdySPlx SPl接口數(shù)據(jù)就緒,。該函數(shù)用來判斷SPI接收緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)等待讀出,。若返回值為1，表示緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒,，等待讀出,；若返回值為0，則標示緩沖區(qū)為空,。
④ReadSPIx讀SPI接口緩沖區(qū),。
⑤WriteSPIx向SPI接口發(fā)送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)。
⑥OpenSPIx打開SPI接口,。該函數(shù)包含2個參數(shù)：configl和config2,。configl中包含對SPI接口操作模式的配置信息，將寫入控制寄存器,；config2中包含SPI的狀態(tài)信息,，將寫入狀態(tài)寄存器。該函數(shù)在打開SPI接口的同時完成對其的配置,。
⑦puasSPIx函數(shù)將一個字符串數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩沖區(qū)中,。
⑧getsSPIx函數(shù)將從接收緩沖區(qū)讀人指定長度的字符串數(shù)據(jù)，并轉存到指定的空間,。
除了這8個函數(shù)以外,，該庫還提供了相應的宏指令完成同樣的功能，可以在程序中方便地使用,。
5 lSD4002
ISD4002工作于SPI串行接口,。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作,。對ISD4002而言,，在時鐘上升沿鎖存MOSI引腳數(shù)據(jù)．存下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳．協(xié)議具體內(nèi)容如下：
①所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿；
②SS在傳輸期間必須保持為低電平,，在兩條指令之間保持為高電平,；
③數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出,；
④SS變低,，輸入指令和地址之后，ISD才會開始錄放動作,；
⑤指令格式是10位地址碼加6位控制碼,；
⑥ISD的任何操作(含快進)如果遇到EOM或OVF則產(chǎn)生一個中斷，該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除,；
⑦使用讀指令會使中斷狀態(tài)為移出ISD的MISO引腳時,，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從MOSI移入；
⑧所有操作在運行位(RUN)置1時開始，置0時結束,；
⑨所有指令都在SS上升沿開始執(zhí)行,。
其時序如圖2所示。
對于ISD4002,，器件延時TPUD(8kHz采樣時,，約為25 ms)后才能開始操作；因此,，用戶發(fā)完上電指令后,，必須等待TPUD.才能發(fā)出一條操作指令。下面是典型的操作,。
從00處發(fā)音,，應遵循如下時序：
發(fā)POWERUP命令；
等待TPUD(上電延時),；
發(fā)地址值為00的SFTPLAY命令,；
發(fā)PLAY命令。
器件會從00地址開始放音,，當出現(xiàn)EOM時,，立即中斷，停止放音,。
如果從00處錄音，則按以下時序,；
發(fā)POWER UP命令,；
等待TPUD(上電延時)；
發(fā)POWER UP命令
等待2倍TPUD,；
發(fā)地址值為00的SETREC命令,；
發(fā)REC命令。
器件便從00地址開始錄音,，一直到出現(xiàn)OVF(存儲器末尾)時,，錄音停止。其工作時序如圖3所示,。
6 電路設計
本電路采用dsPICC30F6014數(shù)字信號控制器,，通過3個按鍵開關控制ISD4002錄放音芯片的動作。S1,、S2,、S3分別接到控制器外部中斷INTl、INT2,、INT3上,。當按下S1時，開始錄音，再次按下S1時停止錄音,。如此反復即可實現(xiàn)多段錄音,。同理，按下S2時開始放音,，再次按下S2是停止放音,。如此反復順序播放多段錄音。按下S3關機,。
(1)硬件電路設計
電路原理如圖4所示,。整個電路由語音錄放電路、話筒輸入電路,、按鍵開關電路及LCD顯示電路構成,。由于本設計輸出直接驅動普通耳機，經(jīng)實驗不需外部功放電路,，直接利用ISD4002內(nèi)部功放輸出即可,。ISD4002作為從機，其SPI接口的MOSI接控制器的SDO,；MISO接控制器的SDI,；SCLK接SCK；SS接控制器的SS即可,。LCD用于人機交互的界面顯示,。
(2)軟件設計
程序包括主程序以及幾個子程序。主程序中,，在完成初始化的工作之后,，進入一個while循環(huán)，等待響應按鍵觸發(fā)的中斷,，若有按鍵按下,，則進入相應的中斷服務程序。在按鍵S1的中斷服務程序中,，設置一個標志變量,，Sl每按下一次，標志變量取反,，用來控制錄音及停止錄音,。同理，S2的中斷服務程序中也設置一個標志變量,，控制開始放音及停止放音,。S3的中斷服務程序中則發(fā)送Power-Down指令關機。程序清單中給出了主程序以及中斷服務程序,，另外包括LCD驅動程序以及dsPIC的SPI函數(shù)庫等,。
7 總 結
該電路易于實現(xiàn)，功能簡單實用，可擴展性較好,；輸出聲音清晰,、自然。如要增加錄音時間,，可選用ISD4000系列的其他芯片,，程序基本相同。另外,，在設計過程中有以下幾點事項需要注意：
①在SPI的數(shù)據(jù)傳輸中,，不同芯片所定義的傳輸順序可能不同，因此要注意是先傳高位還是先傳低位,。ISD4002要求先傳高位數(shù)據(jù),，如果與主芯片所定義的順序相反，則只要把指令碼反過來傳即可,。
②由于ISD4002要求在時鐘前半個周期把數(shù)據(jù)放在傳輸線上,，因此，在使用dsPIC的SPI函數(shù)庫時需要注意SPI初始化,。在本設計中,，使用的配置為SPl—CKE—ON&CLK_P0L_ACTIVE_HIGH。
以上兩點可能會幫助解決一些常見問題,。