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:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Случайная новость из Архива У мышей вылечили синдром Дауна 05.10.2007 Дети с синдромом Дауна имеют лишнюю 21-ю хромосому (вместо двух - три), что сказывается на их внешнем облике, а также в разной степени снижает память, обучаемость, рассудочную деятельность, затрудняет освоение языка. Несколько лет назад выяснилось, что эти неврологические расстройства связаны с излишним синтезом в мозге гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая тормозит деятельность нейронов. Сотрудник Стэнфордского университета (США) Крейг Гарнер и его коллеги с помощью генной инженерии вывели линию мышей с лишней 21-й хромосомой. У них также оказались ухудшены память и способность к обучению. На этих мышах испытывали различные антагонисты ГАМК, и наиболее эффективным оказался пентилентетразол. Этот медикамент в 50-х годах прошлого века применяли в США против депрессии и психозов, но вскоре выяснилось, что он вызывает эпилептические припадки. Опыты показали, что мыши с синдромом Дауна, получившие малую дозу пентилентетразола, умнеют и быстро обучаются находить путь в лабиринте. Причем эффект сохранялся три месяца после лечения (в масштабах жизни человека это около девяти лет). Авторы исследования считают, что до начала лечения людей с синдромом Дауна пройдет еще несколько лет.

Другие интересные новости:

▪ Умная повязка для головы MOOV HR

▪ Счастью можно научиться

▪ Откуда взялись голубые глаза

▪ Муравьи могут строить ориентиры, обозначая дорогу домой

▪ Игровые ноутбуки Asus ROG с частотой обновления 300 Гц

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Реакция деления. История и суть научного открытия

▪ статья Кто является автором фразы Все мы вышли из гоголевской шинели? Подробный ответ

▪ статья Клоповник полевой. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Измеритель емкости - приставка к тестеру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Миниатюрная электродрель с сенсорным управлением и торможением вала. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026