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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA ISD4004-16M é um sistema de gravação/reprodução de voz de chip único. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Microcontroladores Usando uma tecnologia patenteada pela Information Storage Devices (ISD; parte da Winbond Electronics Co. desde 1998), um sinal analógico recebido na entrada correspondente do chip ChipCorder pode ser armazenado em sua forma natural diretamente em uma EPROM não volátil padrão (EEPROM ) e células na memória flash. A tecnologia da chamada "diferenciação falsa" reside no fato de que, em vez de armazenar um dos dois valores na célula - 0 ou 1 -, um dos 256 níveis de tensão é armazenado. Isso fornece uma vantagem de capacidade significativa sobre a maneira convencional de armazenar um sinal digitalizado. Além disso, essa tecnologia de gravação e armazenamento de fala não requer conversão de analógico para digital, o que simplifica muito o circuito de um dispositivo completo baseado em um microcircuito. ChipCorders para gravação/reprodução de fala podem ser operados a partir de fontes de alimentação de baixa potência. Isso os torna ideais para a construção de produtos portáteis leves, incluindo aqueles com bateria. Adicionalmente, como características comuns da família, podemos citar o modo AutoMute, que proporciona redução de ruído durante as pausas, a transição automática para o estado de espera no final do ciclo de gravação/reprodução (o consumo atual em modo de espera é de 0,5 mA), o uso de memória não volátil, gravação de duração ajustável, endereçamento completo via interface SPI ou Microwire. O chip ISD4004-16M amostra a uma taxa de amostragem de 4 kHz. As amostras de fala são armazenadas diretamente na memória Flash não volátil no chip sem digitalização e compressão, típicas de outros tipos de gravação de fala. A mensagem pode ser armazenada por até 100 anos (típico; testado usando o método equivalente de cálculo acelerado) sem energia. Além disso, o dispositivo pode ser substituído mais de 100 vezes. A memória direta analógica garante a reprodução de som natural de vozes, música e efeitos sonoros. O tempo máximo de gravação é de 000 minutos. O diagrama de blocos do ISD4004-16M é mostrado na fig. 1. Como você pode ver, o chip inclui um gerador de clock, um amplificador de microfone, um filtro anti-aliasing, uma matriz de memória multinível, um filtro anti-aliasing, um dispositivo de redução de ruído silencioso e um amplificador de saída de 3 horas .
A interface periférica serial de quatro fios (SCLK, MOSI, MISO, SS) (Serial Peripheral Interface - SPI) fornece controle e endereçamento. Em um sistema com microcontrolador, o chip atua como um escravo periférico. O acesso de gravação/leitura a todos os registradores internos é feito por meio da interface SPI. O sinal de interrupção (INT) e o registro de status interno são usados apenas para leitura e estabelecimento de comunicações. Para minimizar o ruído, os circuitos analógicos e digitais no dispositivo são conectados a barramentos de força separados, Ucca e Uccd, respectivamente. A tensão de alimentação nominal é de 2,85 ... 3,15 V. Ussd) as peças em ISD4004-16M também são feitas separadamente. A parte inferior do cristal está conectada a Uss através da resistência do substrato. Nas versões em miniatura (sem moldura), o cristal é fixado na área associada a Uss. ou pode permanecer "flutuante". Um sinal de entrada analógico pode ser alimentado no dispositivo no modo assimétrico (Fig. 2, a) ou diferencial (Fig. 2, b). No primeiro caso, o sinal é conectado à entrada analógica+ (ANA IN+) e a entrada- (ANA IN-) é conectada através de um capacitor de isolamento ao barramento de fio comum Ussa- Para reprodução de alta qualidade, a dupla amplitude de o sinal de entrada neste modo não deve ultrapassar 32 mV, o que corresponde a uma amplitude dupla de 570 mV na saída. O capacitor de desacoplamento na entrada ANA IN+, juntamente com a impedância de entrada de 3 kΩ desta entrada, determina a largura de banda de baixa frequência.
No modo diferencial, ambas as entradas (ANA IN+ e ANA IN-) são usadas. Para uma qualidade ideal, o sinal pico a pico em cada uma das entradas neste caso não deve exceder 16 mV. A impedância da entrada ANA IN- é de 56 kΩ. Do pino 13 (Fig. 1) é removido o sinal sonoro gravado na memória do ISD4004-16M. Recomenda-se conectar esta saída à carga através de um capacitor de desacoplamento. A impedância de carga deve ser de pelo menos 5 kOhm. Durante a operação (com a alimentação ligada), o pino AUD OUT é de 1,2 V CC. Durante a gravação, o AUD OUT é conectado por meio de um resistor de aproximadamente 850 kΩ a uma fonte interna de 1,2 V ao terra analógico. A carga neste modo pode ser conectada, mas a tensão constante na saída do dispositivo não deve diminuir. O pino SS (Slave Select) seleciona o dispositivo escravo. Quando um sinal baixo é aplicado a este pino, o ISD4004-16M é selecionado como mestre para trabalhar com o microcontrolador. MOSI é uma entrada serial através da qual os dados são transferidos do microcontrolador. Os dados na linha MOSI são definidos meio ciclo antes da chegada da borda do clock, também recebida pelo BISD4004-16M. O pino MISO é a saída serial do dispositivo. Se nenhum dispositivo for selecionado (SS = 1), a saída está no estado de alta impedância. O pino SCLK é usado para receber o relógio do microcontrolador para sincronizar a transferência de dados de e para o dispositivo através dos barramentos MOSI e MISO. Os dados são gravados no ISD4004-16M durante a borda de subida do pulso do clock e, quando ele cai, a informação é deslocada para o próximo bit. O pino INT (interrupção) fica baixo e permanece baixo (log 0) se ocorrer um estouro (OVF) ou o marcador detectar um "Fim da mensagem" (EOM). Este pino é uma saída de dreno aberta. Toda operação que termina com um estouro ou tem um "Fim de Mensagem" gera uma interrupção, incluindo a instrução para chamar os loops de mensagem. A próxima vez que a interrupção será eliminada será quando um novo ciclo SPI for iniciado. O estado de interrupção pode ser lido com a instrução RINT. O sinalizador de estouro OVF indica que a memória analógica durante uma operação de gravação ou reprodução atingiu o fim e o "Fim da mensagem" (EOM) é definido apenas no modo de reprodução quando um sinal EOM é detectado. Existem oito opções para a posição do sinalizador "End of Message" em uma única linha (ou seja, oito mensagens diferentes podem ser escritas nele). A saída RAC (sincronização de linha de endereço) também é dreno aberto. Ao gravar, um sinal é aplicado a ele com um período de 400 ms quando um sinal é amostrado na frequência de 4 kHz. Para o período especificado, apenas uma linha de memória é gravada (existem 2400 dessas linhas no total). Consequentemente, a gravação é realizada por 350 ms quando o sinal RAC é alto. Quando o fim da linha é alcançado, o sinal RAC fica baixo por 50 ms. O ciclograma para registrar uma linha é mostrado na fig. 3.
No modo Message Call (veja abaixo), o pino RAC é mantido alto por 218,76 µs e baixo por 31,26 µs. Para níveis de relógio RAC típicos, consulte a tabela de parâmetros AC na documentação da empresa. Quando um comando de gravação é iniciado pela primeira vez, o pino RAC permanece alto por um período adicional de TRACL0. Isso é necessário para baixar a amostra e corrigir os sistemas internos do dispositivo. O pino RAC pode ser usado para controlar a técnica de mensagem. A entrada de relógio externo possui um dispositivo de correspondência interno. Os instrumentos ISD4004-16M são configurados de fábrica para amostrar internamente o sinal de entrada na frequência de clock central com uma tolerância de ±1% da especificação. Dentro da tolerância, a frequência é mantida em qualquer valor dentro da faixa estendida de temperatura industrial, bem como dentro da faixa de tensão operacional, conforme definido na tabela de classificação CA apropriada. Ao operar na faixa de temperatura industrial, recomenda-se uma fonte de alimentação regulada. Se for necessária alta precisão, para amostragem a uma frequência de 4 kHz, um clock com taxa de repetição de 512 kHz deve ser aplicado ao dispositivo por meio do pino XCLK. Para que os filtros anti-aliasing integrados funcionem corretamente em uma frequência fixa, a frequência do clock deve ser suficientemente estável. O ciclo de trabalho dos pulsos de clock não é crítico, pois sua frequência é imediatamente dividida por 2. Caso a entrada XCLK não seja utilizada, o pino 26 deve ser conectado ao fio comum. O pino AM ATS é usado para controlar a redução automática de ruído. Este último reduz o nível do sinal em 6 dB se cair abaixo do limite definido (a redução de ruído não está habilitada para sinais grandes). Para operação normal do sistema de redução de ruído, a saída AM ATS é conectada a um fio comum através de um capacitor de 1 μF. Este capacitor torna-se um elemento do sensor de pico interno, que responde à amplitude (valor de pico) do sinal. O nível de pico é comparado ao limite definido para determinar quando a redução de ruído é ativada. O capacitor também afeta a taxa na qual a redução de ruído muda ao longo do tempo de ataque em função da amplitude do sinal. Conectar a saída AM CAP ao barramento Ucca desativa a redução de ruído. Conforme observado, o ISD4004-16M usa uma interface serial SPI. O protocolo de transferência de dados assume que os registradores de deslocamento do microcontrolador estão sincronizados na queda do sinal SCLK. No ISD4004-16M, os dados são travados no pino MOSI na borda de subida do clock. Os dados são recebidos da saída MISO pela queda do pulso do clock. 1. Todas as transferências seriais de dados começam com um sinal de queda no pino SS. 2. Este pino é mantido baixo durante a comunicação serial e fica alto entre os comandos. 3. Os dados de entrada são capturados na borda ascendente do pulso de clock e os dados de saída são capturados na queda. 4. A reprodução e a gravação são executadas em nível baixo no pino SS quando o código de operação e o endereço correspondentes são fornecidos ao dispositivo ISD4004-16M. 5. Os códigos de operação e os campos de endereço são representados por oito bits de serviço e 16 bits de endereço. 6. Cada operação que termina com um sinal de fim de mensagem (EOM) ou estouro gera uma interrupção, incluindo a instrução Call Message Loop. A interrupção é apagada na próxima vez que um novo ciclo SPI for inserido. 7. Uma vez que os dados de interrupção são deslocados sem salvar os bits avançados no MISO, os dados de controle e endereços no pino MOSI são deslocados ao mesmo tempo. Recomenda-se cautela, pois os dados deslocados podem ser compatíveis com a operação atual do sistema. É possível ler dados de interrupção e iniciar uma nova operação dentro do mesmo ciclo SPI. 8. A operação começa com o bit Run (RUN) definido e termina com sua reinicialização. 9. Todas as operações começam na borda ascendente do pino SS. O comando Call Message, que permite ao usuário "pular" pelas mensagens se a localização real da pessoa de interesse não for conhecida, é usado durante a reprodução. Neste modo, a velocidade de passagem é 1600 vezes mais rápida que a reprodução normal. A parada ocorre quando o marcador indica "Fim da mensagem". O contador de endereço interno apontará para a próxima mensagem. Se o comando Call Message (MC) for usado, o procedimento a seguir deve ser seguido, caso contrário, a chamada pode não ser precisa. O procedimento para chamar corretamente uma mensagem é o seguinte. Antes de executar ou definir o comando "Message Call" (MC ou SETMC, respectivamente), um comando de parada "idle" (dummy) deve ser enviado ao dispositivo. Tal comando consiste em um conjunto de bits de serviço: "Pass" = 0, "Play / Record" = 0, PU ("Power on") = 1, IAB ("Skip address") = 1, MC ("Message call ") = 0. Em outras palavras, o número hexadecimal 30 é usado como comando no dispositivo. Depois que o comando Stop "dummy" é inserido, um ou mais comandos MC ou um comando SETMC podem ser executados. Não há necessidade de repetir o comando de parada "idle" antes do final da próxima operação de reprodução. Os códigos operacionais são apresentados na tabela. 1.
Sequência de inicialização. O ISD4004-16M está pronto para operação no tempo TPUD (o valor típico na taxa de amostragem de 4 kHz é de aproximadamente 50 ms). Você deve esperar este tempo antes de emitir um comando de operação. Por exemplo, para jogar a partir do endereço 00, o seguinte loop de programa seria usado: 1. Um comando POWERUP é enviado para ligar a alimentação. 2. Pausa para TPUD (Power On Delay). 3. O comando SETPLAY com endereço 00 é emitido. 4. O comando PLAY é enviado Com isso, o dispositivo inicia a reprodução a partir do endereço 00, e quando ocorre o "End of Message" gera uma interrupção. Depois disso, a reprodução é interrompida. Loop para implementar o modo de gravação: 1. Um comando POWERUP é enviado. 2. Pausa para TPUD (Power On Delay). 3. O comando POWERUP é emitido. 4. O comando SETREC é enviado com endereço 00. 5. O comando REC é enviado. O dispositivo começa a escrever uma mensagem a partir do endereço 00, e quando ocorre um estouro (fim do array de memória), gera uma interrupção, após a qual a gravação é interrompida. Um diagrama de blocos simplificado da porta SPI com uma descrição e indicação dos bits de controle associados a ela é mostrado na fig. 4, a e b.
O registro de controle SPI fornece controle das funções do dispositivo, como reprodução, gravação, recuperação de mensagem, ligar e desligar, iniciar e parar operações, salto de endereço. Na tabela. 2 mostra os valores nos bits do registro de controle SPI e suas funções correspondentes.
Os diagramas de tempo da operação do chip ISD4004-16M quando comandos de controle (8 bits) e endereços (16 bits) são fornecidos em um formato de 24 bits são mostrados na Fig. 5.
Diagramas na fig. 6 ilustram um ciclo de gravação/reprodução e parada.
Todas as temporizações podem ser encontradas na tabela de parâmetros AC já mencionada. Na fig. 7 mostra um diagrama de uma possível opção para conectar o chip ISD4004-16M ao microcontrolador PIC16C62A comum e ao amplificador de potência integrado LM3M 4860H.
Ao desenvolver dispositivos usando o ISD4004-16M, deve-se lembrar que, para uma operação confiável e sem problemas, ele deve ser alimentado por uma tensão estabilizada que não ultrapasse 2,85 ... próximo a uma fonte de energia. O pino de aterramento analógico USSA deve ser conectado ao comum da fonte de alimentação por uma linha com a menor impedância possível, e o pino de aterramento digital USSD deve ser conectado a um barramento de baixa impedância separado. Os barramentos que conectam as entradas analógica e digital ao fio comum da fonte de alimentação devem ter largura suficiente para garantir uma queda mínima de tensão entre eles. Nesse caso, a diferença de impedância dos pneus não deve ultrapassar 3 ohms. Autor: A.Shitikov
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