美國ISD公司利用本公司的“直接模擬存儲技術”（DAST），把模擬數(shù)據(jù)成功的存入半導體存儲器中。這種突破性的EEPROM存儲方法可以在每次取樣后，將數(shù)據(jù)暫存在取樣保持電路中，并終將數(shù)據(jù)寫入EEPROM存儲單元，而不需要A/D或D/A的轉換。這種技術產生的效果：①比同等的數(shù)字存儲方式增加了集成度。②模擬數(shù)據(jù)的存儲是不揮發(fā)的，因此可多次進行錄放。在機車隨車質量狀態(tài)診斷報警裝置中，采用了ISD公司的ISD4003系列語音芯片，用于對司機進行隨車故障定點定性報警和應急故障處理提示。

　　ISD語音芯片

　　ISD語音芯片目前有ISD1000、ISD1100、ISD1200／1400、ISD2500、ISD3340和ISD4000系列，本設計采用的是2500系列中的ISD2560芯片。ISD2560具有10個地址輸入端，尋址能力可達1024位，前600個地址用于直接存取語音，地址600～767未使用，地址768～1024為工作模式選擇用，因此多能分600段；設有OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)；單片存儲時間為60秒，直接存儲模擬語音信號。

　　ISD芯片的地址以信息段為基本組成單元，只要在分段錄、放音操作前（不少于300ns），給地址A0～A9賦值，錄音及放音功能均會從設定的起始地址開始，錄音結束由停止鍵操作決定，芯片內部自動在該段的結束位置插入結束標志（EOM）；而放音時芯片遇到EOM標志即自動停止放音。

　　圖1為ISD系列產品的基本框圖。在一塊芯片上集成有麥克風前置放大器、自動增益控制電路、抗混淆和平滑濾波器、模擬存儲陣列、揚聲器驅動器、控制接口和內部的參考時鐘。其外部元件包括：麥克風、揚聲器、開關和少數(shù)幾個電阻、電容，再加上電源或電池，就可構成一個完整的語音錄放系統(tǒng)。在只需要播放語音信息的應用系統(tǒng)中，可直接外接揚聲器，而無需外接其它器件。

　　錄音過程中，ISD系列器件在進行存儲操作之前，要分幾個階段對信號進行調整。首先要輸入信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的電平，這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制部分來完成。前置放大器通過隔直流電容與麥克風連接，隔直流電容用來去掉交流小信號中的直流成份（大約2～20mv）。信號的放大分兩步完成：先經(jīng)過輸入前置放大器，然后經(jīng)過固定增益放大器。前置放大器增益自動調節(jié)以便維持進入濾波器的信號為電平。這樣錄音的信號能得到電平又使削波減至。我們可以通過選擇連接到AGC引腳的電阻和電容值來調節(jié)描述自動增益電路特性的兩個時間常量：即響應時間和釋放時間。

　　下一個階段的信號調整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號的存儲仍然是采用取樣技術，因此還需要一個抗混淆濾波器以去掉取樣頻率1/2以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語音的質量要想優(yōu)于電話的音質，取樣頻率要用8KHz。低通濾波器的高頻頻限選在3.4KHz，可滿足奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠寬的頻帶以得到高音質的語音。濾波器是一個連續(xù)時間五極點低通濾波器，在3.4KHz每個倍頻程衰減40dB。

　　放音時，錄入的模擬電壓在取樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出，恢復成原來的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復原始波形。平滑濾波器的輸出通過一個模擬多路開關連接到輸出功率放大器。兩個輸出管腳直接驅動揚聲器。

　　ISD系列器件的線路設計基于每個EEPROM存儲單元等效于8位存儲器。信息寫入存儲單元采用閉環(huán)方式。取樣保持電路在編程周期內保持數(shù)據(jù)并將存儲的模擬電壓提供給比較器的一個輸入端。比較器的另一個輸入是存儲單元本身的輸出。在多次寫入中，電子被“泵入”存儲單元，并使存儲電平反饋到比較器，當比較器的信號（也就是存儲單元的輸出電壓）等于取樣保持電平時，該存儲單元的編程停止。

　　開發(fā)裝置

　　為了便于實現(xiàn)多片語音芯片的非定長分段錄入，以及語音的編輯處理，我們開發(fā)了基于PC機的ISD語音開發(fā)裝置。原理如圖2所示。

　　首先，將語音錄入PC，通過CREATIVE的WAVESTUDIO進行語音的編輯和處理，對語音進行分段處理，并存成單個獨立的文件。接著，通過自行開發(fā)的語音錄入系統(tǒng)，對分段的語音長度進行計算，計算為100ms，控制聲卡語音輸出并控制ISD語音芯片的指定地址的語音錄入，同時將各段語音時間長度和起始地址生成數(shù)據(jù)庫表，寫入到應用系統(tǒng)的ROM中，便于應用系統(tǒng)根據(jù)需要進行非定長語音組合，防止語音組合播放時的停頓。

　　ISD語音芯片應用

　　在“機車隨車質量狀態(tài)診斷報警裝置”中，我們應用了ISD公司的ISD4003-8M（8分鐘）的語音芯片，用于車載定點定性的語音報警和故障應急處理提示。硬件接口示于圖3。

　　ISD串行語音芯片的錄放過程示于圖4和圖5。

　　結語

　　通過以上的介紹可以看到：

    ⑴ ISD語音芯片高、集成度高，使微機的語音輸出結構大大簡化，造價大大降低。

    ⑵ 由于ISD語音器件抗干擾性強，所以在環(huán)境惡劣的系統(tǒng)中，如機車車輛，也能進行正常的語音輸出，信息保存時間長，工作可靠。

    ⑶ 由于ISD芯片的輸出可以高保真的再現(xiàn)原聲，可將ISD語音芯片用于語音及聲音信號的檢測或模擬系統(tǒng)。

    ⑷ 系統(tǒng)中研制的基于PC機和聲卡的開發(fā)工具，實現(xiàn)了語音的非定長錄制和無間斷停頓式組合播放。

    ⑸應用在機車隨車質量狀態(tài)診斷報警裝置中，實現(xiàn)了車載大量語音報警信息和故障應急處理提示的功能，取得了良好的效果，現(xiàn)已通過鐵道部鄭州局鑒定，批量裝車。