1.系统方案设计
1.1 设计要求
设计一个语音电路，要求实现录音、放音
1.2 设计原理
图1是数字语音录放音IC的基本原理及构成，录音过程是话筒MIC信号经放大器，由ADC数字化后，再编码存入RAN存储器中，放音再生过程是RAM中数据经解码（合成）处理，有DAC变为语音模拟信号，平滑滤波（SCF）后在经过功率放大后还原为语音，时钟振荡频率决定工作速率，影响语音声调（如男女声）。
语音信号总是连续变化的，某些频率成分出现的几率特别多，两个相邻取样点的信号幅植相差不会大，数字化编码仅表达与前一取样点信号幅值度之差就可以了，存储内容就只是这一这增量及增减极性符号，再生放音时需进行反算还原即“合成”，就是现时差植与前一已还原信号值求代数和作为现时信号值。
图1 数字语音录放原理图
1.3 系统方案比较
方案 1：采用语音芯片ISD系列
利用ISD语音芯片（如ISD2560）使用直接电平存储技术，省去了A/D D/A转换，控制简单，控制管脚与TTL电平兼容，内部集成EERPOM，不需扩展存储器，具有集成度高 音质好 使用方便等优点，但价格方面贵了点，总的来说 是个优秀的可实现的方案。
方案 2：采用CMOS语音集成电路
利用CMOS语音IC 其软封装于印板的录放音组件，具有低成本 外接元件少 应用简单的特点；但该芯片集成度不高 无内部存储器 且要保证技术要求的指标困难，故采用此方案不理想
2 单元电路设计
2.1 语音芯片的引脚
图2 语音芯片2560的引脚图
2.2 ISD芯片介绍
2 ISD2560是ISD系列语音录放集成电路的一种，是一种永久记忆型录放语音电路，录音时间为60S，能重复录放达10万次。他采用直接电平存储技术，省去了A/D D/A转换器。ISD2560集成较高，内部包括前置放大器、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480KB的EEPROM等。内部EEPROM存储单元，均匀分为600行，句有600个地址单元，每个单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为100ms。ISD2560控制电平与TTL电平兼容，接口简单，使用方便。
ISD2560内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能，操作模式也由地址控制；当最高两位都为1时，其他地址端高就选择某个模式。因此操作模式和直接寻址相互排斥。
2.3 ISD2560芯片的参数
ISD2560芯片的技术参数： 语音长度：60 采样频率（KHZ）：8 放音触发：电平工作电压（V）：4.5-5.5 工作电流（mA）: 4.5—5.5 静态电流（uA）:10 2.4 ISD系列的管脚 功能
ISD2500 系列管脚说明：
地址线（A0~A9）： 共有1024种组合状态。最前面的600个状态做内部存储器的寻址用，最后256个状态作为操作模式。
电源(VCCA,VCCD)：芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外
封装上，这样可使噪声最小。模拟和数字电源最好分别走线仅可能在靠近供电源处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。
地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两脚最好在引脚
焊盘上相连。
节电控制(PD)：本端拉高使芯片停止工作，进入节电状态。芯片发生溢出，即/OVF端
输出低电平后，要将本端短暂变高复位芯片，才能使之再次工作。
片选(/CE)：本端变低后（而且 PD 为低），进行录放操作。在本端的下降沿锁存地址线和P/-R端的状态。
录放模式(R/-R)： 本端状态在/CE的下降沿锁存。高电平放音，低电平录音。录音时，
由地址端提供起始地址，录音持续到/CE或PD变高，或内存溢出； 如果是前一种情况，会自动在录音结束时写入EOM标志。放音时，由地址端提供起始地址，放音持续到EOM标志。如/CE一直为低，
或电路工作在某些操作模式，放音会忽略EOM，继续进行下去。
信息结尾标志(/EOM)： EOM标志在录音时自动插入到该信息的结尾。放音遇到EOM
时，本端输出低电平脉冲。芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5v时，本端变低，芯片只能放音。
溢出标志(/OVF)： 处于存储空间末尾时，本端输出低电平脉冲表示溢出之后，本
端状态跟随/CE端的状态，直到PD端变高。本端可用于级联。
话筒输入(MIC)：本端连至前置放大器。自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在到-15至24db。外接话筒应通过串联电容耦合到本端。 耦合电容值和本端的10KΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。
话筒参考(MIC REF)：本端是前置放大器的反向输入，当以差分形式连接话筒时可减小
噪声，提高共模抑制比。
自动增益控制(AGC)：AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录
制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于本端的5 KΩ输入阻抗和外接的对地电容（即线路图中C2）的时间常数。释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻(即线路图中R2和C2)的时间常数。470 KΩ 和4.7UF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。
模式输出(ANA OUT)： 前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端电平。
模拟输入(ANA IN)：本端为芯片录音信号输入。对话筒输入来说，ANA OUT端应通
过外接电容连至本端。该电容和本端的3 KΩ输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端（绕过了ISD的前置）。
喇叭输出(SP+，SP-)：这对输出端能驱动16Ω以上的喇叭（内存放音时功率为
12.2mw，AUX IN放音时功率为50mW）。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高到4倍。录音和节电模式下，它们保持为低电平。注意：多个芯片的喇叭输出端绝对不能并联，否则可能损坏芯片！不用的喇叭输出端绝对不能接地！
辅助输入(AUX IN)：当/CE和P/-R为高，放音不进行，或处于放音溢出状态时, 本
端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。当多个2500芯片级
联时,后级的喇叭输出通过本端连接到本级的输出放大器，为防止噪声，建议在放内存信息时，本端不要有驱动信号。
外部时钟(XCLK)：本端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂
前已调校，误差在+1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如前表所示；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
地址/模式输入(Ax/Mx)： 地址端有两个作用，取决于最高两位(MSB)即2532/2540/2548/
2564的A7和A8，或2560/2590/25120的A8和A9的状态。当最高两位中有一个为0时，所有输入均解释为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只作输入,不输出操作过程中的内部地址信息。地址在/CE的下降沿锁存。
2.5 ISD系列芯片的内部结构
图3 ISD系列芯片的内部框图
5 2.6 芯片工作时各引脚的时序变化
图4 ISD2560录音时序
图5 ISD2560放音时序
3 电路设计应用原理图
图6 基本电路原理图
7 4 工作模式
2500系列内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模 式也由地址端控制：当最高两位都为 1 时，其它地址端置高就选择某个（或某几个） 模式。因此操作模式和直接寻址相互排斥。操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。
使用操作模式有两点注意：（1）所有操作最初都是从 0 地址，即存储空间的起始端开 始。后续操作根据所选用的模式可从其它地址开始。而且，电路由录转为放，或由放 转为录时（M6模式除外），或执行了掉电周期后，地址计数器复位为0。（2）当/CE变 低，最高两位地址位同高时，执行操作模式。这种操作模式一直有效，除非/CE 再次， 由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后执行相应操作。
M0(信息检索)：快速跳过信息而不必知道其确切地址。/CE每输入一个低脉冲，内
部地址计数器就跳到下一条信息。此模式仅用于放音，通常与M4同时 使用。
M2(删除EOM标志)：使分段信息变为一条信息，信息最后保留一个EOM标志。这个
模式完成后，录入所有信息就变成一条连续的信息。
M3(信息循环)：循环重放位于存储空间起始处的那条信息。一条信息可以完全占满
存储空间，那么循环就从头到尾进行，这时/OVF不变低。
M4(连续寻址)：正常操作中，重放遇到EOM标志时，地址计数器复位。M4禁止地
址计数器复位，使得信息可连续录入或重放。
M5(/CE电平有效)：通常，录音时/CE为电平触发，放音时/CE为边沿触发。本模
式将放音时/CE设置为电平触发，特别适用于需用/CE终止放音的场合。操作为：/CE变低后，从内存起始处开始放音，/CE变高放音即刻停止。/CE再变低后。仍从内存起始处开始放音，除非M4也是高。
8 M6(按键模式)：本模式的外围电路最简单，成本大为降低：在录放结束，/CE变高后，自动
进入节电模式。而且，/CE、PD、/EOM的作用重新定义如下：
1)、/CE(开始/暂停，低脉冲有效)——/CE 端的下降沿控制操作的开始和暂停。当不
录放时，/CE的下降沿就启动录/放操作。之后，如果没遇到EOM标志（放 音时）或没发生溢出前，再来一个/CE 下降沿将暂停当前操作。暂停后， 地址并不复位，再来一个/CE下降沿后，从暂停处继续操作。
2）、PD（停止/复位，高脉冲有效）---PD 端的上升沿停止当前录/放操作，并复位地址。
3)、/EOM(运行指示)——/EOM变高表示录/放操作正在进行，可驱动LED。
5、工作状态
1 单段录放音：此时，全部地址线接地，P/R端为低电平，按住CE端(片选
键)开始录音，放开或录满时录音自动停止。放音时P/R端置高，按CE端，开始放音，按PD端或放音结束时停止放音。
2 多段录放音：将
A
6、A
8、A9置高电平，其余地址线置低，可实现多段
连续顺序录放。录音时置P/R端为低，按CE键，即开始录音第一段，再按一下CE键录音结束。反复操作可顺序多段录音，直到录满为止，或按PD端系统复位。放音时，P/R端为高，按CE端键开始放第一段，该段放音结束或中途按 CE 端，停止放音，如此反复，可多段放音。
6 结论
6.1 设计过程中遇到的问题及解决方法
1）
在检测原理图的过程中，总是出现接错线的情况，使用无电气意义的接线，后经过仔细检查后改正。
2） 检测实物电路的过程中发现芯片不能正常使用的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良，在实验测试过程中，声音时有时无，有时会消失。用5V电源对电路进行检测，一端接地，另一端接触元件，发现有的器件断路，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触
9 良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现能正常使用了。其次是由于芯片接触不良的问题，用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通，而检测的导线状况良好，其解决方法为把芯片拔出，根据面包板孔的的状况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中，此后发现能正常显示。此后不知是由于还是短路还是电压过大的原因导致芯片烧坏，事物制作失败！！
3） 在用PROTEL画原理图的过程中，系统器件库中没所需的芯片，在自己动手做新的芯片的过程中多次遇到不懂的问题，在查看资料书和同学讨论中得到了解决。
6.2 设计心得体会
在此次的录放音电路的设计过程中，跟进一步的熟悉了ISD2560芯片的结构及芯片的工作原理和其具体使用方法。
在以往的理论学习中觉得事物做起来很简单，可自己一动手做就出来了很多的问题，往往一个简单的问题由于这样或那样的原因得不到解决，这给自己提了个醒：在以后的学习中应更加重视动手能力的提高，不能做眼高手底的人！
7 参考文献
1．黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:电子工业出版社,2004年11月 2．郝鸿安.CMOS集成电路实用电路集.上海：上海科学普及出版社，1994年6月 3．求是科技,张立科.单片机典型模块实例导航.北京：人民邮电出版社，2004年5月 4．叶近茂.基于ISD2500系列芯片的语音播放系统.山东科技大学期刊，2006年2期：89-91 10
