ISD4004-16M - однокристальная система записи/воспроизведения речи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

По технологии, запатентованной компанией Information Storage Devices (ISD; с 1998 г. входит в состав фирмы Winbond Electronics Со), аналоговый сигнал, поступающий на соответствующий вход микросхемы ChipCorder, может быть сохранен в его естественной форме непосредственно в стандартном энергонезависимом СППЗУ (EEPROM) и ячейках Flash-памяти. Технология так называемого "ложного дифференцирования" заключается в том, что вместо хранения в ячейке одного из двух значений - 0 или 1 - сохраняется один из 256 уровней напряжения. Это дает существенное преимущество в емкости по сравнению с обычным способом хранения оцифрованного сигнала. К тому же такая технология записи и хранения речи не требует аналого-цифрового преобразования, что существенно упрощает схему законченного устройства на основе микросхемы.

Микросхемы ChipCorder для записи/воспроизведения речи могут работать от источников питания малой мощности. Это делает их идеально пригодными для создания легких портативных изделий, в том числе и с батарейным питанием.

Дополнительно, в качестве общих черт семейства, можно назвать режим AutoMute, обеспечивающий ослабление шума во время пауз, режим автоматического перехода в состояние ожидания по завершении цикла записи/воспроизведения (потребляемый ток в ждущем режиме 0,5 мА), использование энергонезависимой памяти, регулируемую продолжительность записи, возможность полной адресации через SPI или Microwire интерфейс.

Микросхема ISD4004-16M производит выборку с частотой дискретизации 4 кГц. Речевые выборки сохраняются непосредственно в энергонезависимой Flash-памяти на чипе без преобразования в цифровую форму и сжатия, характерных для других видов записи речи. Сообщение может храниться до 100 лет (типовое значение; испытания проводились по ускоренной методике расчетного эквивалента) без подачи электропитания. Кроме того, устройство может быть перезаписано свыше 100 000 раз. Прямая аналоговая память обеспечивает естественное звучание воспроизводимого голоса, музыки и звуковых эффектов. Максимальная длительность записи - 16 мин.

Структурная схема ISD4004-16M изображена на рис. 1. Как видно, в состав микросхемы входят генератор тактовых импульсов, микрофонный усилитель, фильтр защиты от наложения спектров, многоуровневый массив памяти, сглаживающий фильтр, устройство ослабления шумов в паузе и выходной усилитель 3Ч.

Четырехпроводный (SCLK, MOSI, MISO, SS) последовательный периферийный интерфейс (Serial Peripheral Interface - SPI) обеспечивает управление и адресацию. В системе с микроконтроллером микросхема работает как периферийное подчиненное устройство. Доступ для записи/чтения ко всем внутренним регистрам осуществляется через интерфейс SPI. Сигнал прерывания (INT) и внутренний регистр состояния используются только для чтения и установления связи.

Для минимизации шумов аналоговые и цифровые цепи в устройстве подключены к разделенным шинам питания, соответственно Ucca и Uccd- Номинальное напряжение питания - 2,85...3,15 В. Выводы общих проводов ("земель") аналоговой (Ussa) и цифровой (Ussd) частей в ISD4004-16M также выполнены раздельно. Нижняя часть кристалла подключена к Uss через сопротивление подложки. В миниатюрных модификациях (бескорпусных) кристалл присоединяется к области, связанной с Uss. или может оставаться "плавающим".

Аналоговый входной сигнал можно подавать в устройство либо в асимметричном режиме (рис. 2, а), либо дифференциальном (рис. 2, б). В первом случае сигнал подводят к аналоговому входу+ (ANA IN+), а вход- (ANA IN-) через разделительный конденсатор соединяют с шиной общего провода Ussa- Для высококачественного воспроизведения двойная амплитуда входного сигнала в этом режиме не должна превышать 32 мВ, что соответствует двойной амплитуде 570 мВ на выходе. Разделительный конденсатор на входе ANA IN+ вместе с полным входным сопротивлением этого входа, равным 3 кОм, определяет полосу пропускания по низшим частотам.

В дифференциальном режиме используют оба входа (ANA IN+ и ANA IN-). Для получения оптимального качества двойная амплитуда сигнала на каждом из входов в этом случае не должна превышать 16 мВ. Полное сопротивление входа ANA IN- составляет 56 кОм.

С вывода 13 (рис. 1) снимают звуковой сигнал, записанный в память ISD4004-16M. С нагрузкой этот вывод рекомендуется соединять через развязывающий конденсатор. Полное сопротивление нагрузки должно быть не менее 5 кОм. В рабочем режиме (при включенном питании) постоянное напряжение на выводе AUD OUT равно 1,2 В. При записи выход AUD OUT через резистор сопротивлением приблизительно 850 кОм соединяется с внутренним источником 1,2 В относительно аналоговой "земли". Нагрузка в этом режиме может быть подключена, но при этом не должно снижаться постоянное напряжение на выходе устройства.

Вывод SS (Slave Select) служит для выбора ведомого устройства. При подаче на этот вывод сигнала с низким уровнем ISD4004-16M выбирается ведущим для совместной работы с микроконтроллером.

MOSI - последовательный вход, по которому осуществляется передача данных из микроконтроллера. Данные в MOSI-строке устанавливаются за полпериода до прихода фронта синхроимпульса, также поступающего BISD4004-16M.

Вывод MISO - последовательный выход из устройства. Если устройство не выбрано (SS = 1), выход находится в высокоимпедансном состоянии.

Для приема синхроимпульсов от микроконтроллера, необходимых для синхронизации передачи данных в устройство (и из него) через шины MOSI и MISO, служит вывод SCLK. Данные записываются в ISD4004-16M во время действия фронта синхроимпульса, а при его спаде происходит сдвиг информации к следующему биту.

Сигнал на выводе INT (Прерывание) понижается и остается на низком уровне (лог. 0), если происходит переполнение (OVF) или маркер обнаружил "Конец сообщения" (ЕОМ). Этот вывод является выходом с открытым стоком. Каждая операция, которая заканчивается переполнением или имеет "Конец сообщения", генерирует прерывание, включая команду вызова циклов сообщения. В следующий раз прерывание будет очищено тогда, когда инициализирован новый цикл SPI. Состояние прерывания может читаться командой RINT.

Флаг переполнения OVF указывает, что аналоговая память в течение операции записи или воспроизведения достигла конца, а "Конец сообщения" (ЕОМ) устанавливается только в режиме воспроизведения, когда обнаруживается сигнал ЕОМ. Имеется восемь опций позиции флага "Конец сообщения" в одной строке (т. е. в ней может быть записано восемь разных сообщений).

Выход RAC (синхронизация адресной строки) также выполнен с открытым стоком. При записи на него подается сигнал с периодом 400 мс, когда происходит выборка сигнала с частотой 4 кГц. За указанный период производится запись только в одну строку памяти (всего таких строк 2400). Соответственно запись осуществляется в течение 350 мс, когда сигнал RAC имеет высокий уровень. При достижении конца строки сигнал RAC принимает низкий уровень на время, равное 50 мс. Циклограмма записи одной строки представлена на рис. 3.

В режиме "Вызов сообщения" (см. далее) высокий уровень на выводе RAC удерживается 218,76 мкс, а низкий уровень - 31,26 мкс. Типовые значения уровней синхросигналов RAC приведены в таблице параметров по переменному току фирменной документации.

Когда команда записи инициализирована впервые, на выводе RAC остается высокий уровень в течение дополнительного периода TRACL0. Это требуется для загрузки выборки и фиксации внутренних систем устройства. Вывод RAC может использоваться для управления техникой сообщения.

Вход внешних синхроимпульсов имеет внутреннее согласующее устройство. Приборы ISD4004-16M сконфигурированы на заводе для внутренней выборки входного сигнала на центральной частоте синхронизации с допускаемым отклонением ±1 % от указанной в технических характеристиках. Частота в пределах допуска поддерживается при любом значении в пределах расширенной промышленной температуры, а также в интервале рабочих напряжений, как определено в соответствующей таблице параметров по переменному току. При работе в индустриальном интервале температур рекомендуется регулируемое электропитание.

Если требуется высокая точность, то для выборки с частотой 4 кГц в устройство через вывод XCLK необходимо подавать синхроимпульсы с частотой следования 512 кГц. Для нормальной работы встроенных сглаживающих фильтров на фиксированной частоте тактовая частота должна быть достаточно стабильной. Скважность синхроимпульсов не критична, поскольку их частота сразу же делится на 2. Если же вход XCLK не используется, вывод 26 должен быть соединен с общим проводом.

Вывод AM САР используется для управления автоматическим шумопонижением. Последнее уменьшает уровень сигнала на 6 дБ, если он становится ниже установленного порога (при больших сигналах шумопонижение не включается).

Для нормальной работы системы шумопонижения вывод AM САР соединяют с общим проводом через конденсатор емкостью 1 мкФ. Этот конденсатор становится элементом внутреннего пикового датчика, который реагирует на амплитуду (пиковое значение) сигнала. Пиковый уровень сравнивается с установленным порогом, чтобы определить начало включения шумопонижения. Конденсатор также влияет на скорость, с которой шумопонижение изменяется по времени атаки в зависимости от амплитуды сигнала. При соединении вывода AM САР с шиной Ucca шумопонижение выключается.

Как отмечалось, ISD4004-16M использует последовательный SPI интерфейс. Протокол передачи данных предполагает, что сдвиговые регистры микроконтроллера синхронизированы по спаду сигнала SCLK. В ISD4004-16M данные фиксируются на выводе MOSI по фронту синхроимпульса. Получение данных с вывода MISO происходит по спаду синхроимпульса.

1. Все последовательные передачи данных начинаются по спаду сигнала на выводе SS.

2. Низкий уровень на этом выводе поддерживается в течение всей последовательной связи и переходит на высокий уровень между командами.

3. Входные данные фиксируются по фронту синхроимпульса, а выходные - по спаду.

4. Воспроизведение и запись производятся при низком уровне на выводе SS при подаче соответствующего кода операции и адреса в устройство ISD4004-16M.

5. Коды операций и поля адреса представлены восемью служебными и 16 адресными разрядами.

6. Каждая операция, заканчивающаяся сигналом "Конец сообщения" (ЕОМ) или "Переполнение", генерирует прерывание, включая команду "Вызов цикла сообщения". Прерывание очищается в следующий раз введением нового цикла SPI.

7. Поскольку данные прерывания сдвигаются без сохранения выдвигаемых разрядов в MISO, одновременно сдвигаются данные управления и адреса на выводе MOSI. Рекомендуется соблюдать осторожность, так как сдвинутые данные могут быть совместимыми с текущей системной операцией. Возможно чтение данных прерывания и запуск новой операции в пределах того же самого цикла SPI.

8. Операция начинается с установленного бита "Прогон" (RUN) и заканчивается его сбросом.

9. Все операции начинаются по фронту сигнала на выводе SS.

Команда "Вызов сообщения", позволяющая пользователю "перескакивать" через сообщения, если неизвестно фактическое местоположение интересующего, используется при воспроизведении. В этом режиме скорость прохода в 1600 раз больше, чем в обычном режиме воспроизведения. Остановка происходит тогда, когда маркер указывает "Конец сообщения". После этого внутренний счетчик адреса укажет на следующее сообщение. Если используется команда "Вызов сообщения" (МС), необходимо выполнить нижеуказанную процедуру, в противном случае вызов может быть не точным.

Процедура правильного вызова сообщения заключается в следующем. Перед выполнением или установкой команды "Вызов сообщения" (соответственно МС или SETMC) в устройство должна быть послана одна "холостая" (фиктивная) команда Stop. Такая команда состоит из набора служебных бит: "Прогон" = 0, "Воспроизведение/Запись" = 0, PU ("Включение питания") = 1, IAB ("Пропуск адреса") = 1, МС ("Вызов сообщения") = 0. Иными словами, шестнадцатиричное число 30 используется в устройстве как команда. После ввода команды "фиктивный" Stop могут выполняться одна или более команд МС или команда SETMC. Необходимости повторения команды "холостой" Stop до окончания следующей операции воспроизведения нет. Операционные коды представлены в табл. 1.

Последовательность включения питания. ISD4004-16M готова к работе через время TPUD (типовое значение при частоте дискретизации 4 кГц - приблизительно 50 мс). Необходимо подождать это время перед выдачей операционной команды. Например, для воспроизведения с адреса 00 должен использоваться следующий цикл программы:

1. Посылается команда POWERUP на включение питания.

2. Пауза на время TPUD (задержка включения питания).

3. Подается команда SETPLAY с адресом 00.

4. Посылается команда PLAY

В результате устройство начинает воспроизведение с адреса 00, и когда наступает "Конец сообщения", генерирует прерывание. После этого воспроизведение прекращается.

Цикл для осуществления режима записи:

1. Посылается команда POWERUP.

2. Пауза на время TPUD (задержка включения питания).

3. Подается команда POWERUP.

4. Посылается команда SETREC с адресом 00.

5. Посылается команда REC.

Устройство начинает записывать сообщение с адреса 00, и когда наступает переполнение (конец массива памяти), генерирует прерывание, после чего запись прекращается.

Упрощенная структурная схема порта SPI с описанием и указанием связанных с ним управляющих разрядов представлена на рис. 4, а и б.

Регистр управления SPI обеспечивает управление такими функциями устройства, как воспроизведение, запись, вызов сообщения, включение и выключение питания, начало и остановка операций, пропуск адреса. В табл. 2 представлены значения в разрядах регистра управления SPI и соответствующие им функции.

Временные диаграммы работы микросхемы ISD4004-16M при подаче управляющих команд (8 разрядов) и адреса (16 разрядов) форматом в 24 разряда изображены на рис. 5.

(нажмите для увеличения)

Диаграммы на рис. 6 иллюстрируют цикл записи/воспроизведения и останова.

(нажмите для увеличения)

Все временные показатели можно найти в уже упоминавшейся таблице параметров по переменному току.

На рис. 7 показана схема возможного варианта подключения микросхемы ISD4004-16M к распространенному микроконтроллеру PIC16C62A и интегральному усилителю мощности 3Ч LM4860M.

(нажмите для увеличения)

При разработке устройств с использованием ISD4004-16M следует помнить, что для надежной и безотказной работы ее следует питать стабилизированным напряжением, не выходящим за пределы 2,85...3,15 В. Выводы питания UCCA и UCCD, насколько это возможно, рекомендуется располагать в непосредственной близости от источника питания.

Вывод аналоговой "земли" USSA должен быть связан с общим проводом источника питания линией с максимально низким полным сопротивлением, а цифровая "земля" USSD - отдельной шиной с низким импедансом. Шины, соединяющие аналоговый и цифровой входы с общим проводом источника питания, должны быть достаточно большого сечения, чтобы гарантировать минимальное падение напряжения на них. При этом разность полного сопротивления шин не должна превышать 3 Ом.

Автор: А.Шитиков

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Открыты нейронные механизмы кашля и чихания 02.10.2024

Хронический кашель представляет собой сложное и трудноизлечимое состояние, которое требует эффективных терапевтических подходов. На сегодняшний день наибольшую популярность имеют опиаты, такие как кодеин, но их побочные эффекты, включая риск привыкания, ограничивают возможность их использования. В таких случаях, особенно при тяжелых аллергических реакциях или вирусных инфекциях, кашель может достигать такой силы, что пациенты теряют сознание. Это подчеркивает необходимость поиска более безопасных и эффективных методов лечения. Недавнее исследование группы ученых из Сент-Луиса внесло ясность в нейронные механизмы, ответственные за кашель и чихание. Исследование показало, что существуют специфические группы нервных клеток, отвечающие за эти рефлексы. Нейроны, регулирующие чихание, располагаются в носовых ходах, в то время как нейроны, ответственные за кашель, находятся в трахее. Каждая из этих групп нейронов имеет свою механику активации и отправляет сигналы в ствол мозга, где инициир ...>>

Живопись точной физики 02.10.2024

Известная картина Винсента Ван Гога "Звездная ночь" продолжает вдохновлять ученых и искусствоведов благодаря своим уникальным особенностям. Новый детальный анализ этого произведения искусства показал, что в нем можно увидеть поразительное сходство с "скрытой турбулентностью" в атмосфере Земли. Это открытие подчеркивает глубину понимания природных процессов, которое обладал культовый художник. Недавние исследования подтверждают, что "Звездная ночь" гораздо более интересна, чем кажется на первый взгляд. Турбулентное небо на картине, полное закрученных вихрей и ярких звезд, демонстрирует удивительные аналогии с невидимыми процессами динамики жидкостей, происходящими в реальной атмосфере. Ученые, проанализировав мазки и цветовые переходы на картине, обнаружили поразительное соответствие между художественными элементами и физическими явлениями. Соавтор исследования Юнсян Хуан, специалист в области гидродинамики и океанографии из Университета Сямэня в Китае, отметил: "Картина раскрывае ...>>

Зубная нить способна предотвратить проблемы с сердцем 01.10.2024

Здоровье полости рта играет важную роль не только в общем состоянии организма, но и в профилактике серьезных заболеваний. Последние исследования подтверждают связь между состоянием десен и сердечно-сосудистыми заболеваниями. В частности, пародонтит, распространенная инфекция десен, может оказаться более опасным, чем мы думали ранее. Исследование, проведенное учеными из Университета Хиросимы, обнаружило интересную связь между пародонтитом и фибрилляцией предсердий, что подчеркивает необходимость тщательной гигиены полости рта. Пародонтит - это воспалительное заболевание десен, которое может привести к их разрушению и даже потере зубов. Он характеризуется длительным воспалением, что, как показали исследования, может способствовать развитию других заболеваний, включая сердечно-сосудистые. Фибрилляция предсердий, или нерегулярное сердцебиение, является одним из таких состояний, и исследование показало, что воспалительные процессы, связанные с пародонтитом, могут играть в этом значительн ...>>

Случайная новость из Архива Стереофоническая система Koda EX-569T 22.05.2017 Польская компания Polpak представила комплект пассивных стереофонических громкоговорителей Koda EX-569T, относящихся к начальному сегменту. Конструкция полочная, с выведенным на заднюю панель фазоинвертором. Корпус отделан пленкой ПВХ, а передняя панель окрашена черной матовой краской, толщина стенок MDF составляет всего 12 мм. При этом производитель говорит о хорошей сопротивляемости корпусным резонансам, возможно внутри имеются распорки, нечасто встречающиеся в бюджетном сегменте. Заявленный частотный диапазон от 48 Гц до 20 кГц покрывается твитером с шелковым куполом диаметром 25 мм и НЧ-громкоговорителем диаметром 165 мм с кевларовым излучателем. Увеличенная магнитная система твитера позволяет лучше контролировать движения мембраны, в конструкции катушки НЧ-громкоговорителя применен каптон. Номинальное сопротивление 4 Ома, чувствительность 88 дБ, при габаритах 33 х 19,5 х 24,1 см масса каждой колонки составляет 5,75 кг. Компанию стереосистеме Koda EX-569T может составить сабвуфер Koda SW-850 MKII, корпус которого имеет аналогичную отделку но изготовлен из плат MDF толщиной уже 18 мм. Громкоговоритель диаметром 200 мм с излучателем на целлюлозной основе рассчитан на длительную работу при высоких уровнях громкости, производитель заявляет долговременную и пиковую мощность на уровне 100 Вт и 250 Вт соответственно. Фазоинветрор выведен в пол, что дополнительно повышает звуковое давление. Частота среза настраивается в пределах 50-200 Гц, можно регулировать фазу и уровень сигнала. При габаритах 32,2 х 27 х 33,5 см масса изделия составляет 8,6 кг. Стереосистема Koda EX-569T оценена примерно в $135, сабвуфер Koda SW-850 MKII в $120.

Другие интересные новости:

▪ Генератор для наноробота

▪ Акустический левитатор

▪ Напряженный триллер помогает крепко заснуть

▪ Сердце с автоподзаводом

▪ Гарнитура Plantronics Explorer 50 на два устройства

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электроснабжение. Подборка статей

▪ статья Дозатор для гранулированных удобрений. Чертеж, описание

▪ статья Копия какой страны со всеми городами и рельефом существует в игре Minecraft? Подробный ответ

▪ статья Примула весенняя. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Наведение мата на стекло. Простые рецепты и советы

▪ статья Автоматическое устройство для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024