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无线电电子与电气工程百科全书 ISD4004-16M是一款单芯片语音录音/再现系统。 无线电电子电气工程百科全书
使用信息存储设备（ISD；自 1998 年起成为华邦电子有限公司的一部分）的专利技术，在 ChipCorder 芯片的相应输入处接收到的模拟信号可以以其自然形式直接存储在标准非易失性 EPROM（EEPROM）中。 ）和闪存中的单元。 所谓“错误区分”的技术在于，不是存储单元中的两个值之一 - 0 或 1 - 而是存储 256 个电压电平之一。 与存储数字信号的传统方式相比，这提供了显着的容量优势。 此外，这种记录和存储语音的技术不需要模数转换，这大大简化了基于微电路的完整设备的方案。 用于语音录制/回放的 ChipCorder 可以通过低功耗电源进行操作。 这使得它们非常适合构建轻型便携式产品，包括那些使用电池供电的产品。 此外，作为该系列的共同特征，我们可以将其命名为自动静音模式，该模式可在暂停期间降低噪音，在录制/播放周期结束时自动转换到待机状态（待机模式下的电流消耗为0,5 mA），使用非易失性存储器、可调持续时间记录、通过 SPI 或 Microwire 接口进行完全寻址。 ISD4004-16M芯片以4kHz的采样率进行采样。 语音样本直接存储在芯片上的非易失性闪存中，无需数字化和压缩，这对于其他类型的语音记录来说是典型的。 断电情况下，消息可保存长达 100 年（典型值；使用加速计算等效方法测试）。 此外，该设备可被重写超过100次。 模拟直接存储器可确保语音、音乐和音效的自然播放。 最长录音时间为 000 分钟。 ISD4004-16M 的框图如图 1 所示。 3. 可以看到，该芯片包含时钟发生器、麦克风放大器、抗混叠滤波器、多级存储器阵列、抗混叠滤波器、静音降噪装置、XNUMX小时输出放大器。
四线（SCLK、MOSI、MISO、SS）串行外设接口（串行外设接口 - SPI）提供控制和寻址。 在具有微控制器的系统中，芯片充当外设从属设备。 对所有内部寄存器的写/读访问是通过 SPI 接口进行的。 中断信号（INT）和内部状态寄存器仅用于读取和建立通信。 为了最大限度地减少噪声，器件中的模拟和数字电路分别连接到单独的电源总线Ucca和Uccd。标称电源电压为2,85 ... 3,15 V。ISD4004-16M中的Ussd）部件也是单独制作的。 晶体的底部通过衬底电阻连接到Uss。 在微型版本（无框）中，水晶附着在与美国相关的区域。 或可能保持“浮动”。 模拟输入信号可以以非对称模式（图 2，a）或差分模式（图 2，b）馈送到器件中。 在第一种情况下，信号连接到模拟输入+（ANA IN+），输入-（ANA IN-）通过隔离电容器连接到公共线路总线Ussa-。为了实现高质量再现，双振幅该模式下的输入信号不应超过 32 mV，对应于输出处的双振幅 570 mV。 ANA IN+ 输入处的去耦电容器以及该输入的 3 kΩ 输入阻抗决定了低频带宽。
在差分模式下，使用两个输入（ANA IN+ 和 ANA IN-）。 为了获得最佳质量，这种情况下每个输入的峰峰值信号不应超过 16 mV。 ANA IN- 输入的阻抗为 56 kΩ。 从引脚 13（图 1），ISD4004-16M 存储器中记录的声音信号被删除。 建议通过去耦电容将该输出连接到负载。 负载阻抗必须至少为 5 kOhm。 工作期间（电源打开），AUD OUT 引脚为 1,2V DC。录音时，AUD OUT 通过约 850kΩ 的电阻连接至内部 1,2V 电源至模拟地。 该模式下的负载可以连接，但设备输出端的恒压不得降低。 SS（从机选择）引脚选择从机设备。 当低信号施加到该引脚时，ISD4004-16M 被选为主控，与微控制器一起工作。 MOSI 是串行输入，通过它从微控制器传输数据。 MOSI 线中的数据在时钟沿到达前半个周期设置，也由 BISD4004-16M 接收。 MISO 引脚是设备的串行输出。 如果未选择任何器件（SS = 1），则输出处于高阻抗状态。 SCLK 引脚用于接收来自微控制器的时钟，以同步通过 MOSI 和 MISO 总线传入和传出器件的数据传输。 数据在时钟脉冲的上升沿期间写入ISD4004-16M，当时钟脉冲下降沿时，信息被移至下一位。 如果发生溢出 (OVF) 或标记检测到“消息结束”(EOM)，则 INT（中断）引脚将变低并保持低电平 (log 0)。 该引脚是开漏输出。 每个以溢出结束或具有“消息结束”的操作都会生成一个中断，包括调用消息循环的指令。 下一次中断将被清除是在新的 SPI 周期启动时。 可以使用 RINT 指令读取中断状态。 溢出标志OVF指示在记录或重放操作期间模拟存储器已到达末尾，并且仅在重放模式中当检测到EOM信号时才设置“消息结束”(EOM)。 单行上“消息结束”标志的位置有八个选项（即，可以在其中写入八个不同的消息）。 RAC 输出（地址线同步）也是漏极开路。 记录时，以 400 kHz 的频率采样信号，以 4 ms 的周期向其施加信号。 在指定的时间段内，仅写入一行内存（总共有 2400 行）。 因此，当RAC信号为高时，记录执行350ms。 当到达线路末尾时，RAC 信号将变低 50 ms。 记录一行的循环图如图 3 所示。 XNUMX.
在消息呼叫模式下（见下文），RAC 引脚保持高电平 218,76 µs，低电平持续 31,26 µs。 有关典型 RAC 时钟级别的信息，请参阅公司文档中的 AC 参数表。 当第一次启动写命令时，RAC 引脚在 TRACL0 的额外时间内保持高电平。 这是下载示例并修复设备内部系统所必需的。 RAC 引脚可用于控制消息技术。 外部时钟输入具有内部匹配装置。 ISD4004-16M 仪器在出厂时已配置为以中心时钟频率对输入信号进行内部采样，容差为规格的 ±1%。 在容差范围内，频率可保持在扩展工业温度范围内以及相应交流额定值表中定义的工作电压范围内的任何值。 在工业温度范围内工作时，建议使用稳压电源。 如果需要高精度，则为了以 4 kHz 频率采样，必须通过 XCLK 引脚向器件应用重复率为 512 kHz 的时钟。 为了使内置抗混叠滤波器在固定频率下正常工作，时钟频率必须足够稳定。 时钟脉冲的占空比并不重要，因为它们的频率立即除以 2。如果不使用 XCLK 输入，则引脚 26 必须连接到公共线。 AM ATS 引脚用于控制自动降噪。 如果信号电平低于设定阈值，后者会将信号电平降低 6 dB（对于大信号不启用降噪）。 为了使降噪系统正常工作，AM ATS 输出通过 1 μF 电容器连接到公共线。 该电容器成为内部峰值传感器的一个元件，它响应信号的幅度（峰值）。 将峰值电平与设定阈值进行比较，以确定何时激活降噪。 电容器还会影响降噪随起音时间变化的速率（作为信号幅度的函数）。 将 AM CAP 输出连接到 Ucca 总线会禁用降噪功能。 如前所述，ISD4004-16M 使用串行 SPI 接口。 数据传输协议假设微控制器的移位寄存器在 SCLK 信号下降沿同步。 在 ISD4004-16M 中，数据在时钟的上升沿锁存到 MOSI 引脚。 时钟脉冲下降沿时从 MISO 输出接收数据。 1. 所有串行数据传输均以 SS 引脚上的下降信号开始。 2. 该引脚在串行通信期间保持低电平，并在命令之间变高。 3. 在时钟脉冲的上升沿捕获输入数据，在下降沿捕获输出数据。 4. 当相应的操作码和地址提供给ISD4004-16M 器件时，在SS 引脚上以低电平执行播放和录音。 5. 操作码和地址字段由16个服务位和XNUMX个地址位表示。 6. 每个以消息结束 (EOM) 或溢出信号结束的操作都会生成一个中断，包括调用消息循环指令。 下次进入新的 SPI 周期时中断将被清除。 7. 由于中断数据的移位没有保存MISO 中的高级位，因此MOSI 引脚上的控制数据和地址同时移位。 建议小心，因为转移的数据可能与当前系统操作兼容。 可以在同一 SPI 周期内读取中断数据并开始新的操作。 8. 操作从设置运行位 (RUN) 开始，到复位结束。 9. 所有操作都在 SS 引脚的上升沿开始。 在播放期间使用“呼叫消息”命令，如果感兴趣的人的实际位置未知，该命令允许用户“跳转”消息。 该模式下，通行速度比正常播放快1600倍。 当标记指示“消息结束”时发生停止。 然后内部地址计数器将指向下一条消息。 如果使用呼叫消息（MC）命令，必须遵循以下步骤，否则呼叫可能不准确。 正确调用消息的流程如下。 在执行或设置“消息调用”命令（分别为 MC 或 SETMC）之前，必须向设备发送一个“空闲”（虚拟）停止命令。 这样的命令由一组服务位组成：“通过”= 0，“播放/录音”= 0，PU（“开机”）= 1，IAB（“跳过地址”）= 1，MC（“消息呼叫”） ") = 0。换句话说，设备中使用十六进制数30作为命令。 输入“虚拟”停止命令后，可以执行一个或多个MC命令或SETMC命令。 在下一次播放操作结束之前无需重复“空闲”停止命令。 操作代码如表所示。 1.
上电顺序。 ISD4004-16M 在 TPUD 时间后即可运行（4 kHz 采样率下的典型值约为 50 ms）。 此时必须等待一段时间才能发出操作命令。 例如，要从地址 00 开始播放，将使用以下程序循环： 1. 发送 POWERUP 命令打开电源。 2.暂停TPUD（开机延迟）。 3. 发出地址为 00 的 SETPLAY 命令。 4. 发送PLAY命令 结果，设备从地址00开始播放，当“消息结束”发生时，它产生一个中断。 之后，播放停止。 循环实现写模式： 1. 发送 POWERUP 命令。 2.暂停TPUD（开机延迟）。 3. 发出POWERUP 命令。 4. SETREC 命令以地址 00 发送。 5. 发送 REC 命令。 设备从地址00开始写入消息，当发生溢出时（内存阵列末尾），它会产生一个中断，之后记录停止。 图 4 显示了 SPI 端口的简化框图，以及与其相关的控制位的描述和指示。 XNUMX、a和b。
SPI 控制寄存器提供对设备功能的控制，例如播放、录音、消息调用、电源开关、启动和停止操作、地址跳跃。 在表中。 图2显示了SPI控制寄存器各位中的值及其对应的功能。
当控制命令（4004 位）和地址（16 位）以 8 位格式给出时，ISD16-24M 芯片的操作时序图如图 5 所示。 XNUMX.
图中的图表。 图6图示了记录/回放和停止循环。
所有时序均可在已提到的 AC 参数表中找到。 上图。 图 7 显示了将 ISD4004-16M 芯片连接到通用 PIC16C62A 微控制器和 LM3M 4860H 集成功率放大器的可能选项的示意图。
使用 ISD4004-16M 开发设备时，应记住，为了可靠且无故障运行，应由靠近电源且不超过 2,85 的稳定电压供电。 USSA 模拟接地引脚应通过尽可能低阻抗的线路连接到电源公共端，USSD 数字接地引脚应连接到单独的低阻抗总线。 将模拟和数字输入连接到电源公共线的母线必须足够大，以保证它们之间的压降最小。 在这种情况下，轮胎的阻抗差异不应超过3欧姆。 作者：A.Shitikov
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