基于ISDl420的語音編輯器設(shè)計(jì)

0 引言
    在嵌入式系統(tǒng)飛速發(fā)展的今天，人們的身邊無時(shí)無刻不存在著嵌入式的產(chǎn)品。利用單片機(jī)和ISD1420芯片設(shè)計(jì)的語音編輯器可以方便地對播放的語音文件進(jìn)行分段播放、分段組合、以及分段錄音等功能。該語音編輯器可以用在測試儀以及其他產(chǎn)品上，也可以單獨(dú)用來控制語音播放設(shè)備。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
    語音編輯器要具有分段錄音、分段播放、分段組合播放等基本的語音編輯功能及良好的用戶操作界面。
    系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要圍繞用戶操作界面展開。在單片機(jī)控制下，對ISD1420進(jìn)行上述基本的語音編輯操作。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    顯示器顯示用戶在對系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)的相關(guān)信息。如，分段地址、錄放音提示、分段組合操作提示等等，以直觀地指示用戶操作。
    鍵盤 圍繞語音編輯功能，系統(tǒng)應(yīng)為用戶提供一個(gè)友好的操作界面，以使用戶方便靈活地使用本系統(tǒng)。
    單片機(jī) 作為系統(tǒng)的控制核心，從鍵盤接受用戶命令，以控制系統(tǒng)顯示及語音電路工作。
    ISD1420是一種錄音數(shù)據(jù)永久保存、高保真、低耗電、適用于同單片機(jī)接口的新一代語音器件，是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心。在單片機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)了題目要求的所有功能。

2 硬件方案
2．1 顯示部分
    在分段錄音和放音過程中，系統(tǒng)應(yīng)該為用戶提供段地址顯示，以為其指示當(dāng)前正在操作的那個(gè)段，段地址為兩位。在這些操作中，系統(tǒng)還應(yīng)該提供操作指示，如提示開始、進(jìn)行中、結(jié)束等。系統(tǒng)設(shè)置一位數(shù)碼管，以閃爍、字符等形式提示用戶操作。系統(tǒng)選擇3位LED七段數(shù)碼管，已基本滿足操作提示的需求，如圖2所示。3位LED七段數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示方式，其顯示穩(wěn)定，程序簡單，電路實(shí)現(xiàn)也不復(fù)雜。它的顯示數(shù)據(jù)由8位D觸發(fā)器74LS374鎖存輸出，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。8位D觸發(fā)器的輸入采用總線連接。其鎖存控制由單片機(jī)的寫命令WR，加上地址信息進(jìn)行；其地址分配為FE00H，F(xiàn)D00H，F(xiàn)B00H。

2．2 鍵盤
    鍵盤是人機(jī)的主要界面，所有用戶命令都是由它向單片機(jī)發(fā)出的。首先進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，根據(jù)功能要求設(shè)置功能鍵，包括錄音、放音、組合、分段等按鍵，其操作使用方法見用戶使用手冊。
    對段地址，系統(tǒng)需要O～9的按鍵，以保證用戶能夠?qū)ぶ稩SD1420的所有段。系統(tǒng)總共由14個(gè)鍵構(gòu)成。
    為滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單起見，系統(tǒng)采用與鍵盤單獨(dú)接口。系統(tǒng)利用P1口與鍵盤陣列連接。其中，低4位作為單片機(jī)的鍵盤列掃描輸入；高4位作為單片機(jī)的鍵盤行掃描輸出。
    系統(tǒng)采用中斷方式管理鍵盤，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地響應(yīng)用戶操作。鍵盤陣列的4列線，連接到4與門的輸入。4與門的輸出連接單片機(jī)INTl，為低有效。平時(shí)沒有按鍵按下時(shí)，4與門連接的上拉電阻使與門的輸出為高電平，無中斷產(chǎn)生。這時(shí)程序從列輸入的是1111。
    在掃描鍵盤時(shí)，程序首先讓行掃描輸出0000，這樣，在這4行中的14個(gè)鍵，只要有一個(gè)鍵按下，與門都能輸出低電平而產(chǎn)生中斷。程序可通過鍵盤中斷服務(wù)程序具體確定是那一個(gè)鍵按下，如圖3所示。它的具體方法是，依次向各行(P1．7～P0．0)輸出0，程序就能從列端口讀出對應(yīng)按鍵所在位置的列編碼(P1．3～P0．O)。如表1所示。這樣程序就能得到低4位與高4位的掃描值，得到對應(yīng)鍵盤的編碼值。

2．3 ISDl420
    與顯示器一起采用總線連接，段地址單片機(jī)通過74LS374鎖存后，再輸入到ISDl420，74LS374鎖存控制信號構(gòu)成同顯示器，由單片機(jī)的WR加上地址信號組合構(gòu)成。它的地址分配為7FOOH。單片機(jī)通過一條輸出指令完成語音電路的段地址輸出，以控制語音電路分段操作，如圖4所示。

    系統(tǒng)控制芯片的PLAYE端口，平時(shí)為高電平，當(dāng)出現(xiàn)下降沿時(shí)開始錄音。
    信號EOM是語音段結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)錄音結(jié)束，若存儲器沒完，ISD1420會自動為其加上EOM標(biāo)志符，表示該段錄音結(jié)束。放音時(shí)，當(dāng)遇到EOM標(biāo)志符，EOM信號會由高電平輸出一個(gè)低脈沖。該信號連至單片機(jī)的T1／P3．5引腳，使單片機(jī)能夠及時(shí)知道該語音段結(jié)束，以便控制下一步操作。
2．4 單片機(jī)
    這里選擇的89C51具有40個(gè)I／O口。系統(tǒng)不能采用簡單的最小系統(tǒng)連接，由上述可知，它無法滿足該系統(tǒng)的需求。該設(shè)計(jì)可利用它的開放總線連接更多的設(shè)備。
    該設(shè)計(jì)將3個(gè)數(shù)碼管和語音芯片通過總線方式接入系統(tǒng)。低位地址不用，所以不用進(jìn)行低8位的地址擴(kuò)展。選擇A8，A9，A10分別作為3個(gè)數(shù)碼低電平的有效地址信號，再與單片機(jī)的WR信號組合。以構(gòu)成帶地址信息的寫控制信號。這樣，程序便可像訪問存儲器一樣訪問這些端口，其地址為：FE00H，F(xiàn)D00H，F(xiàn)B00H。
    語音芯片也是采用這種方式進(jìn)入系統(tǒng)的，其地址是7F00H。這種方式既可使電路簡單，也可使操作簡單。P1口作為系統(tǒng)的鍵盤掃描接口，連接如前述，這里不再贅述。

3 用戶界面
    用戶界面如下：
    鍵盤：0～9、[錄音]、[放音]、[組合]、[分段]。
    顯示：3位7段數(shù)碼管。段號2位，以確定錄音、放音位置；計(jì)數(shù)器1位，9～O減l計(jì)數(shù)。
    指令格式：<參數(shù)表><命令>。
    四個(gè)主要功能為：
    (1)分段
    操作：分段數(shù)+[分段]
    (2)錄音
    操作：欲錄音段號+[錄音]
    顯示：當(dāng)按下[錄音]時(shí)，欲錄音段號閃3下后，計(jì)數(shù)顯示9；錄音開始，計(jì)數(shù)器減l，直到O，錄音結(jié)束。
    (3)回放
    操作：欲放音段號+[放音]4)、組合放音：功能用于檢查組合放音效果。
    操作：段號i+[組合]+段號j+[組合]+…+段號n+[組合]+[放音]
    顯示：在組合時(shí)，顯示段號，閃爍，按下[組合]后顯示消失，再重復(fù)；組合放音時(shí)，顯示當(dāng)前放音段號；計(jì)數(shù)器先顯示組合段總數(shù)，每放完一段減1，直到O。

4 軟件方案
    內(nèi)存分配如下：顯示緩沖為3個(gè)單元，第一、二單元用于存放段號，第三單元用于存放計(jì)數(shù)器值。組合段緩沖為一個(gè)單元，為一個(gè)放音段地址?？紤]單片機(jī)的存儲容量與系統(tǒng)成本。設(shè)計(jì)考慮10個(gè)單元，F(xiàn)F為組合結(jié)束標(biāo)志。當(dāng)?shù)谝粏卧扔贔F時(shí)，為緩沖器空，ISD1420的段地址從該緩沖區(qū)取出。軟件流程圖如圖5所示。

    為方便起見，系統(tǒng)采用平均分段管理方式。根據(jù)ISDl420語音芯片器件使用手冊可知，最多可分為160個(gè)段。其中，O～159為分段使用的有效地址。系統(tǒng)按1 s四個(gè)字的語速算，對于20 s的存儲空間來說，最多不能超過80個(gè)段，該時(shí)段空間最小為1個(gè)字。其分段范圍為1<分段數(shù)<80，在這個(gè)前提下，用戶可根據(jù)實(shí)際需求來分段，段號為O～79。在執(zhí)行[分段]命令時(shí)，要將地址間隔計(jì)算出來，以便段號與語音芯片地址映射。地址間隔存于專用地址間隔單元spacing中。分段寄存器seg_num：存放執(zhí)行[分段]命令后的分段數(shù)。用戶進(jìn)行錄音、放音的段號，程序必須驗(yàn)證在此范圍方可執(zhí)行，否則提示錯(cuò)誤信息“E”。系統(tǒng)默認(rèn)分段數(shù)seg_num為40，spacing為4，分段確定后，段地址可以由下式計(jì)算：
    分段地址=seg_num×spacing
    地址間隔=160／seg_num
    暫存器temp：系統(tǒng)預(yù)留一個(gè)單元。用來以二進(jìn)制數(shù)方式存放段號。以temp_sign為暫存器標(biāo)志，用于指示按鍵輸入，其等于0時(shí)，段號只有1位；等于1時(shí)，段號有2位。前次數(shù)字鍵是十位，當(dāng)前數(shù)字鍵是個(gè)位。如果是兩位數(shù)，程序要對這兩位二一十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，即BCD十位×10+BCD個(gè)位。存入temp。當(dāng)執(zhí)行錄音、放音、分段操作時(shí)，程序從temp取參數(shù)，計(jì)算段地址。用戶在輸入段號時(shí)，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，可重新輸入。第一次輸入的段號，將被第二次輸入的段號覆蓋。
    組合段緩沖ally_buf：系統(tǒng)預(yù)留1O個(gè)單元，只有執(zhí)行組合放音時(shí)才用。組合是所有段中任意選擇10個(gè)段構(gòu)成的隊(duì)列。系統(tǒng)用ally_point-er作為入隊(duì)地址指針，以ally_out作為出隊(duì)地址指針。組合放音時(shí)，在該指針指示下，依次將錄音段從緩沖區(qū)中取出播放，以構(gòu)成短語，直到ally_out=ally_pointer。程序在沒有執(zhí)行[組合]功能時(shí)，保持ally_pointer=O；當(dāng)用戶按下[組合]鍵時(shí)，程序應(yīng)將暫存器temp的內(nèi)容傳入ally_buf中，并修改ally_pointer。在執(zhí)行[放音]時(shí)，程序首先檢查ally_pointer是否等于0，是，執(zhí)行temp的段放音；否則。執(zhí)行ally_buf的段放音，直到FF標(biāo)志。用戶指令單元dictate；存放用戶指令。主程序從這里識別用戶命令，并執(zhí)行命令。命令標(biāo)志sign_dic：其等于O時(shí)，當(dāng)前按鍵為數(shù)字鍵。等于1時(shí)，當(dāng)前按鍵為命令鍵。命令與數(shù)字的識別：當(dāng)鍵盤碼大于7F時(shí)，為數(shù)字按鍵，否則為命令按鍵。七段顯示：O～9，E為錯(cuò)誤提示。這里采用共陰極7段數(shù)碼管，如圖6所示。

    出口如下：
    temp為對應(yīng)段號的二進(jìn)制數(shù)。可以直接計(jì)算段地址，最大范圍，小于分段數(shù)seg_num。
    sign_dic等于1時(shí)，請求執(zhí)行dictate中的命令。
    dictate為命令代碼。

5 結(jié)語
    按照該方法設(shè)計(jì)的語音編輯器可行性強(qiáng)，操作簡單，界面清晰，在實(shí)際的生活中，該語音編輯器經(jīng)過改進(jìn)后可以很方便地應(yīng)用到MP3，DVD，錄音筆等音頻設(shè)備中，同時(shí)也可以用到遠(yuǎn)程語音控制中。與其他的相比，該語音編輯器具有價(jià)格更低廉，可單獨(dú)作為器件來實(shí)現(xiàn)，因此具有一定的實(shí)用價(jià)值。