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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Принята новая космическая стратегия НАТО 30.06.2019 В НАТО считают, что военные конфликты могут решаться в том числе в космосе. Альянс объявил о разработке первой космической стратегии. НАТО впервые в истории разработала космическую стратегию. В организации полагают, что в будущем военные конфликты могут решаться в том числе в космосе - к примеру, через нападения на стратегически важные спутники или применение оружия в космосе. Кроме того, уже в конце года НАТО может объявить космос отдельной территорией для проведения военных операций. Это обеспечит выделение дополнительных ресурсов и позволит рассматривать возможные космические атаки так же, как до сих пор рассматривались атаки на земле, в воздухе, на море и в киберпространстве. Ранее, в 2016 году, НАТО объявила киберпространство отдельной территорией для проведения операций, чтобы защищать себя от хакерских атак. Поводом для усиленного внимания к космосу стал тот факт, что НАТО все больше зависит от техники в безвоздушном пространстве. Через спутники осуществляется коммуникация при военных операциях, они также используются для расследований и шпионажа, а также для навигационных систем. С другой стороны это означает, что нападения на спутники, принадлежащие странам-членам НАТО, могут ограничить их обороноспособность. Кроме того, атаки на спутники в случае войны могут быть использованы для парализации части общественной жизни.

Другие интересные новости:

▪ Микроскопические перестраиваемые лазеры

▪ Гибрид нанотрубки и золота

▪ Стволовые клетки научили вырабатывать инсулин

▪ Беспроводной микрофон Nikon ME-W1 Nikon

▪ Гендерные стереотипы распространяются даже на младенцев

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Полиэтилен. История изобретения и производства

▪ статья Когда почему были запрещены рыцарские турниры? Подробный ответ

▪ статья Скорцонер. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Электронный курвиметр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Распределительные устройства напряжением до 1 кB переменного тока и до 1,5 кB постоянного тока. Общие требования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026