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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA ISD4004-16M es un sistema de grabación/reproducción de voz de un solo chip. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Microcontroladores Utilizando una tecnología patentada por Information Storage Devices (ISD; parte de Winbond Electronics Co desde 1998), una señal analógica recibida en la entrada correspondiente del microcircuito ChipCorder se puede almacenar en su forma natural directamente en EPROM estándar no volátil (EEPROM) y celdas de memoria Flash. La tecnología de la llamada "falsa diferenciación" radica en que en lugar de almacenar uno de los dos valores en la celda, 0 o 1, se almacena uno de los 256 niveles de voltaje. Esto proporciona una ventaja de capacidad significativa sobre la forma convencional de almacenar una señal digitalizada. Además, esta tecnología para grabar y almacenar voz no requiere conversión de analógico a digital, lo que simplifica enormemente el esquema de un dispositivo completo basado en un microcircuito. Los ChipCorders para grabación/reproducción de voz pueden funcionar con fuentes de alimentación de baja potencia. Esto los hace ideales para construir productos portátiles livianos, incluidos aquellos que funcionan con baterías. Además, como características comunes de la familia, podemos nombrar el modo AutoMute, que proporciona reducción de ruido durante las pausas, la transición automática al estado de espera al final del ciclo de grabación/reproducción (el consumo de corriente en modo de espera es de 0,5 mA), el uso de memoria no volátil, duración de grabación ajustable, la posibilidad de direccionamiento completo a través de interfaz SPI o Microwire. El chip ISD4004-16M muestrea a una frecuencia de muestreo de 4 kHz. Las muestras de voz se almacenan directamente en la memoria Flash no volátil del chip sin digitalización ni compresión, como es habitual en otros tipos de grabación de voz. El mensaje se puede almacenar hasta por 100 años (típico; probado usando el método equivalente de cálculo acelerado) sin energía. Además, el dispositivo se puede sobrescribir más de 100 veces. La memoria analógica directa garantiza una reproducción natural de voces, música y efectos de sonido. El tiempo máximo de grabación es de 000 minutos. El diagrama de bloques del ISD4004-16M se muestra en la fig. 1. Como puede ver, el chip incluye un generador de reloj, un amplificador de micrófono, un filtro antisolapamiento, una matriz de memoria multinivel, un filtro antisolapamiento, un dispositivo de reducción de ruido silencioso y un amplificador de salida de 3 horas.
La interfaz periférica serial de cuatro hilos (SCLK, MOSI, MISO, SS) (Interfaz periférica serial - SPI) proporciona control y direccionamiento. En un sistema con un microcontrolador, el chip actúa como esclavo periférico. El acceso de escritura/lectura a todos los registros internos se realiza a través de la interfaz SPI. La señal de interrupción (INT) y el registro de estado interno se utilizan solo para leer y establecer comunicaciones. Para minimizar el ruido, los circuitos analógico y digital del dispositivo están conectados a buses de alimentación independientes, Ucca y Uccd, respectivamente. La parte inferior del cristal está conectada a Uss a través de la resistencia del sustrato. En las versiones en miniatura (sin marco), el cristal se adjunta al área asociada con Uss. o puede permanecer "flotante". Se puede alimentar una señal de entrada analógica al dispositivo en modo asimétrico (Fig. 2, a) o diferencial (Fig. 2, b). En el primer caso, la señal se conecta a la entrada analógica + (ANA IN +), y la entrada - (ANA IN-) se conecta al bus de cable común Ussa- a través de un condensador de acoplamiento Para una reproducción de alta calidad, la doble amplitud de la señal de entrada en este modo no debe exceder los 32 mV, lo que corresponde a una doble amplitud de 570 mV en la salida. El condensador de desacoplamiento en la entrada ANA IN+, junto con la impedancia de entrada de 3 kΩ de esta entrada, determina el ancho de banda de baja frecuencia.
En modo diferencial, se utilizan ambas entradas (ANA IN+ y ANA IN-). Para una calidad óptima, la señal de pico a pico en cada una de las entradas en este caso no debe exceder los 16 mV. La impedancia de la entrada ANA IN- es de 56 kΩ. Del pin 13 (Fig. 1) se extrae la señal de audio grabada en la memoria del ISD4004-16M. Se recomienda conectar este pin a la carga mediante un condensador de desacoplamiento. La impedancia de carga debe ser de al menos 5 kOhm. En el modo de funcionamiento (encendido), el pin AUD OUT es de 1,2 V CC. Al grabar, el pin AUD OUT está conectado a una fuente interna de 850 V referenciada a tierra analógica a través de una resistencia de aproximadamente 1,2 kΩ. La carga se puede conectar en este modo, pero el voltaje de CC en la salida del dispositivo no debe disminuir. El pin SS (Slave Select) selecciona el dispositivo esclavo. Cuando se aplica una señal baja a este pin, el ISD4004-16M se selecciona como maestro para trabajar con el microcontrolador. MOSI es una entrada en serie a través de la cual se transfieren datos desde el microcontrolador. Los datos en la línea MOSI se establecen medio período antes de la llegada del flanco del reloj, y también provienen del BISD4004-16M. El pin MISO es la salida serial del dispositivo. Si no se selecciona ningún dispositivo (SS = 1), la salida está en estado de alta impedancia. El pin SCLK se usa para recibir el reloj del microcontrolador para sincronizar la transferencia de datos hacia y desde el dispositivo a través de los buses MOSI y MISO. Los datos se escriben en el ISD4004-16M durante el flanco ascendente del pulso del reloj, y cuando cae, la información se desplaza al siguiente bit. El pin INT (Interrupción) baja y permanece bajo (log 0) si ocurre un desbordamiento (OVF) o el marcador detecta un "Fin de mensaje" (EOM). Este pin es una salida de drenaje abierto. Cada operación que termina con un desbordamiento o tiene un "Fin de mensaje" genera una interrupción, incluida la instrucción para llamar a los bucles de mensajes. La próxima vez que se borre la interrupción será cuando se inicie un nuevo ciclo SPI. El estado de interrupción se puede leer con la instrucción RINT. El indicador de desbordamiento de OVF indica que la memoria analógica ha llegado al final durante una operación de escritura o reproducción, y el Fin del mensaje (EOM) solo se configura en el modo de reproducción cuando se detecta la señal EOM. Hay ocho opciones para la posición del indicador de fin de mensaje en una línea (es decir, se pueden escribir ocho mensajes diferentes en ella). La salida RAC (sincronización de la línea de direcciones) también es de drenaje abierto. Al grabar, se le aplica una señal con un período de 400 ms cuando se muestrea una señal a una frecuencia de 4 kHz. Para el período especificado, solo se escribe una línea de memoria (hay 2400 de esas líneas en total). En consecuencia, la grabación se realiza durante 350 ms cuando la señal RAC es alta. Cuando se llega al final de la línea, la señal del RAC baja durante 50 ms. El ciclograma para registrar una línea se muestra en la fig. 3.
En el modo de llamada de mensaje (ver a continuación), el pin RAC se mantiene alto durante 218,76 µs y bajo durante 31,26 µs. Para conocer los niveles de reloj típicos de RAC, consulte la tabla de parámetros de CA en la documentación de la empresa. Cuando se inicia por primera vez un comando de escritura, el pin RAC permanece alto durante un período adicional de TRACL0. Esto es necesario para descargar la muestra y reparar los sistemas internos del dispositivo. El pin RAC se puede usar para controlar la técnica del mensaje. La entrada del reloj externo tiene un dispositivo de coincidencia interno. El ISD4004-16M está configurado de fábrica para muestrear internamente la señal de entrada en la frecuencia del reloj central dentro de ±1% de la especificación. La frecuencia se mantiene dentro de la tolerancia en cualquier valor dentro del rango de temperatura industrial extendido, así como dentro del rango de voltaje de operación como se define en la tabla de clasificación de CA correspondiente. Cuando se opera en rangos de temperatura industriales, se recomienda una fuente de alimentación regulada. Si se requiere una alta precisión, entonces para el muestreo a una frecuencia de 4 kHz, se debe aplicar un reloj con una tasa de repetición de 512 kHz al dispositivo a través del pin XCLK. Para que los filtros antisolapamiento incorporados funcionen correctamente a una frecuencia fija, la frecuencia del reloj debe ser lo suficientemente estable. El ciclo de trabajo de los pulsos de reloj no es crítico, ya que su frecuencia se divide inmediatamente por 2. Si no se usa la entrada XCLK, el pin 26 debe conectarse al cable común. El pin AM ATS se utiliza para controlar la reducción automática de ruido. Este último reduce el nivel de la señal en 6 dB si cae por debajo del umbral establecido (la reducción de ruido no está habilitada para señales grandes). Para el funcionamiento normal del sistema de reducción de ruido, la salida AM ATS se conecta a un cable común a través de un capacitor de 1 μF. Este condensador se convierte en un elemento del sensor de pico interno, que responde a la amplitud (valor de pico) de la señal. El nivel máximo se compara con el umbral establecido para determinar cuándo se activa la reducción de ruido. El condensador también afecta la velocidad a la que cambia la reducción de ruido durante el tiempo de ataque en función de la amplitud de la señal. Conectar la salida AM CAP al bus Ucca desactiva la reducción de ruido. Como se señaló, el ISD4004-16M utiliza una interfaz SPI en serie. El protocolo de transferencia de datos asume que los registros de desplazamiento del microcontrolador están sincronizados en la caída de la señal SCLK. En el ISD4004-16M, los datos se enganchan en el pin MOSI en el flanco ascendente del reloj. Los datos se reciben de la salida MISO por la caída del pulso del reloj. 1. Todas las transferencias de datos en serie comienzan con una señal descendente en el pin SS. 2. Este pin se mantiene bajo durante la comunicación en serie y sube entre los comandos. 3. Los datos de entrada se capturan en el flanco ascendente del pulso del reloj y los datos de salida se capturan en la caída. 4. La reproducción y la grabación se realizan a bajo nivel en el pin SS cuando se proporciona el código de operación y la dirección correspondientes al dispositivo ISD4004-16M. 5. Los códigos de operación y los campos de dirección están representados por ocho bits de servicio y 16 bits de dirección. 6. Cada operación que termina con una señal de fin de mensaje (EOM) o de desbordamiento genera una interrupción, incluida la instrucción Call Message Loop. La interrupción se elimina la próxima vez que se ingresa un nuevo ciclo SPI. 7. Dado que los datos de interrupción se desplazan sin guardar los bits de avance en el MISO, los datos de control y las direcciones en el pin MOSI se desplazan al mismo tiempo. Se recomienda precaución ya que los datos cambiados pueden ser compatibles con la operación actual del sistema. Es posible leer datos de interrupción e iniciar una nueva operación dentro del mismo ciclo SPI. 8. La operación comienza con el bit Run (RUN) establecido y finaliza con su reinicio. 9. Todas las operaciones comienzan en el borde ascendente del pin SS. El comando Llamar mensaje, que permite al usuario "saltar" a través de los mensajes si no se conoce la ubicación real de la persona de interés, se usa durante la reproducción. En este modo, la velocidad de paso es 1600 veces más rápida que la reproducción normal. La parada se produce cuando el marcador indica "Fin del mensaje". El contador de direcciones interno apuntará al siguiente mensaje. Si se utiliza el comando Mensaje de llamada (MC), se debe seguir el siguiente procedimiento, de lo contrario, la llamada puede no ser precisa. El procedimiento para llamar correctamente un mensaje es el siguiente. Antes de ejecutar o configurar el comando "Llamada de mensaje" (MC o SETMC, respectivamente), se debe enviar un comando de parada "inactivo" (ficticio) al dispositivo. Dicho comando consta de un conjunto de bits de servicio: "Pass" = 0, "Play/Record" = 0, PU ("Power On") = 1, IAB ("Skip Address") = 1, MC ("Recall Message") = 0. En otras palabras, el número hexadecimal 30 se usa en el dispositivo como un comando. Después de ingresar el comando de parada "ficticio", se pueden ejecutar uno o más comandos MC o un comando SETMC. No es necesario repetir el comando de parada "inactivo" antes del final de la siguiente operación de reproducción. Los códigos operativos se presentan en la tabla. 1.
Secuencia de encendido. El ISD4004-16M está listo para funcionar después del tiempo de TPUD (el valor típico a una frecuencia de muestreo de 4 kHz es de aproximadamente 50 ms). Debe esperar este tiempo antes de emitir un comando de operación. Por ejemplo, para reproducir desde la dirección 00, se usaría el siguiente bucle de programa: 1. Se envía un comando POWERUP para encender la alimentación. 2. Pausa para TPUD (Power On Delay). 3. Se emite el comando SETPLAY con dirección 00. 4. Se envía el comando PLAY Como resultado, el dispositivo inicia la reproducción desde la dirección 00, y cuando ocurre el "Fin del mensaje", genera una interrupción. Después de eso, la reproducción se detiene. Bucle para implementar el modo de escritura: 1. Se envía un comando POWERUP. 2. Pausa para TPUD (Power On Delay). 3. Se emite el comando POWERUP. 4. El comando SETREC se envía con la dirección 00. 5. Se envía el comando REC. El dispositivo comienza a escribir un mensaje desde la dirección 00, y cuando ocurre un desbordamiento (fin de la matriz de memoria), genera una interrupción, luego de lo cual se detiene la grabación. En la fig. 4, a y b.
El registro de control SPI proporciona control de las funciones del dispositivo, como reproducción, grabación, recuperación de mensajes, encendido y apagado, operaciones de inicio y parada, omisión de direcciones. En mesa. 2 muestra los valores en los bits del registro de control SPI y sus funciones correspondientes.
En la Fig. 4004.
Diagramas en la fig. 6 ilustran un ciclo de grabación/reproducción y parada.
Todos los tiempos se pueden encontrar en la tabla de parámetros AC ya mencionada. En la fig. 7 muestra un diagrama de una posible opción para conectar el chip ISD4004-16M al microcontrolador PIC16C62A común y el amplificador de potencia integrado LM3M 4860H.
Al desarrollar dispositivos que utilicen el ISD4004-16M, se debe recordar que para un funcionamiento confiable y sin problemas, se debe alimentar con un voltaje estabilizado que no supere los 2,85 ... El pin de tierra analógico del USSA debe conectarse al común de la fuente de alimentación mediante una línea con la impedancia más baja posible, y el pin de tierra digital del USSD debe conectarse a un bus de baja impedancia separado. Las barras colectoras que conectan las entradas analógicas y digitales al cable común de la fuente de alimentación deben ser lo suficientemente grandes para garantizar una caída de voltaje mínima a través de ellas. En este caso, la diferencia en la impedancia de los neumáticos no debe exceder los 3 ohmios. Autor: A.Shitikov
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