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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE ISD4004-16M est un système d'enregistrement/reproduction de voix à puce unique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / microcontrôleurs À l'aide d'une technologie brevetée par Information Storage Devices (ISD; filiale de Winbond Electronics Co. depuis 1998), un signal analogique reçu à l'entrée correspondante de la puce ChipCorder peut être stocké sous sa forme naturelle directement dans une EPROM standard non volatile (EEPROM ) et les cellules en mémoire flash. La technologie de la soi-disant "fausse différenciation" réside dans le fait qu'au lieu de stocker l'une des deux valeurs dans la cellule - 0 ou 1 - l'un des 256 niveaux de tension est stocké. Cela fournit un avantage de capacité significatif par rapport à la manière conventionnelle de stocker un signal numérisé. De plus, cette technologie d'enregistrement et de stockage de la parole ne nécessite pas de conversion analogique-numérique, ce qui simplifie grandement le circuit d'un appareil complet basé sur un microcircuit. Les ChipCorders pour l'enregistrement/lecture de la parole peuvent fonctionner à partir d'alimentations à faible puissance. Cela les rend idéaux pour la construction de produits portables légers, y compris ceux alimentés par batterie. De plus, comme caractéristiques communes de la famille, on peut nommer le mode AutoMute, qui permet une réduction du bruit pendant les pauses, le passage automatique à l'état de veille à la fin du cycle d'enregistrement/lecture (la consommation de courant en mode veille est de 0,5 mA), l'utilisation de la mémoire non volatile, l'enregistrement à durée réglable, l'adressabilité complète via l'interface SPI ou Microwire. La puce ISD4004-16M échantillonne à une fréquence d'échantillonnage de 4 kHz. Les échantillons de parole sont stockés directement dans la mémoire Flash non volatile de la puce sans numérisation ni compression, ce qui est typique pour les autres types d'enregistrement de la parole. Le message peut être stocké jusqu'à 100 ans (typique ; testé à l'aide de la méthode équivalente de calcul accéléré) sans alimentation. De plus, l'appareil peut être écrasé plus de 100 000 fois. La mémoire directe analogique assure une lecture naturelle des voix, de la musique et des effets sonores. La durée d'enregistrement maximale est de 16 minutes. Le schéma fonctionnel de l'ISD4004-16M est illustré à la fig. 1. Comme vous pouvez le voir, la puce comprend un générateur d'horloge, un amplificateur de microphone, un filtre anti-repliement, une matrice de mémoire à plusieurs niveaux, un filtre anti-repliement, un dispositif de réduction du bruit silencieux et un amplificateur de sortie de 3 heures. .
L'interface périphérique série à quatre fils (SCLK, MOSI, MISO, SS) (Serial Peripheral Interface - SPI) fournit le contrôle et l'adressage. Dans un système avec un microcontrôleur, la puce agit comme un périphérique esclave. L'accès en écriture/lecture à tous les registres internes se fait via l'interface SPI. Le signal d'interruption (INT) et le registre d'état interne ne sont utilisés que pour lire et établir des communications. Pour minimiser le bruit, les circuits analogiques et numériques de l'appareil sont connectés à des bus d'alimentation séparés, Ucca et Uccd, respectivement.La tension d'alimentation nominale est de 2,85 ... 3,15 V. Ussd) les pièces dans ISD4004-16M sont également fabriquées séparément. Le fond du cristal est relié à Uss par la résistance du substrat. Dans les versions miniatures (sans cadre), le cristal est attaché à la zone associée à Uss. ou peut rester "flottant". Un signal d'entrée analogique peut être introduit dans l'appareil en mode asymétrique (Fig. 2, a) ou différentiel (Fig. 2, b). Dans le premier cas, le signal est connecté à l'entrée analogique + (ANA IN +), et l'entrée- (ANA IN-) est connectée via un condensateur d'isolement au bus filaire commun Ussa- Pour une reproduction de haute qualité, la double amplitude de le signal d'entrée dans ce mode ne doit pas dépasser 32 mV, ce qui correspond à une double amplitude de 570 mV en sortie. Le condensateur de découplage à l'entrée ANA IN+, associé à l'impédance d'entrée de 3 kΩ de cette entrée, détermine la bande passante basse fréquence.
En mode différentiel, les deux entrées (ANA IN+ et ANA IN-) sont utilisées. Pour une qualité optimale, le signal crête à crête à chacune des entrées dans ce cas ne doit pas dépasser 16 mV. L'impédance de l'entrée ANA IN- est de 56 kΩ. De la broche 13 (Fig. 1), le signal sonore enregistré dans la mémoire ISD4004-16M est supprimé. Il est recommandé de connecter cette sortie à la charge via un condensateur de découplage. L'impédance de charge doit être d'au moins 5 kOhm. Pendant le fonctionnement (sous tension), la broche AUD OUT est de 1,2 V cc Lors de l'enregistrement, la sortie AUD OUT est connectée via une résistance d'environ 850 kΩ à une source interne de 1,2 V à la masse analogique. La charge dans ce mode peut être connectée, mais la tension constante à la sortie de l'appareil ne doit pas diminuer. La broche SS (Slave Select) sélectionne le périphérique esclave. Lorsqu'un signal bas est appliqué à cette broche, l'ISD4004-16M est sélectionné comme maître pour travailler avec le microcontrôleur. MOSI est une entrée série par laquelle les données sont transférées depuis le microcontrôleur. Les données de la ligne MOSI sont définies un demi-cycle avant l'arrivée du front d'horloge, également reçu par le BISD4004-16M. La broche MISO est la sortie série de l'appareil. Si aucun appareil n'est sélectionné (SS = 1), la sortie est à l'état haute impédance. La broche SCLK est utilisée pour recevoir l'horloge du microcontrôleur afin de synchroniser le transfert de données vers et depuis l'appareil via les bus MOSI et MISO. Les données sont écrites sur l'ISD4004-16M pendant le front montant de l'impulsion d'horloge, et lorsqu'elle tombe, les informations sont décalées vers le bit suivant. La broche INT (interruption) passe au niveau bas et reste au niveau bas (log 0) si un débordement (OVF) se produit ou si le marqueur détecte une "fin de message" (EOM). Cette broche est une sortie à drain ouvert. Chaque opération qui se termine par un débordement ou qui a une "Fin de message" génère une interruption, y compris l'instruction d'appeler les boucles de message. La prochaine fois que l'interruption sera effacée, c'est lorsqu'un nouveau cycle SPI est lancé. L'état de l'interruption peut être lu avec l'instruction RINT. L'indicateur de débordement OVF indique que la mémoire analogique pendant une opération d'enregistrement ou de lecture a atteint la fin, et la "Fin de message" (EOM) est définie uniquement en mode de lecture lorsqu'un signal EOM est détecté. Il existe huit options pour la position du drapeau "Fin de message" sur une seule ligne (c'est-à-dire que huit messages différents peuvent y être écrits). La sortie RAC (synchronisation de la ligne d'adresse) est également à drain ouvert. Lors de l'enregistrement, un signal lui est appliqué avec une période de 400 ms lorsqu'un signal est échantillonné à une fréquence de 4 kHz. Pour la période spécifiée, une seule ligne de mémoire est écrite (il y a 2400 lignes de ce type au total). En conséquence, l'enregistrement est effectué pendant 350 ms lorsque le signal RAC est haut. Lorsque la fin de la ligne est atteinte, le signal RAC passe au niveau bas pendant 50 ms. Le cyclogramme pour l'enregistrement d'une ligne est illustré à la fig. 3.
En mode Message Call (voir ci-dessous), la broche RAC est maintenue haute pendant 218,76 µs et basse pendant 31,26 µs. Pour les niveaux d'horloge RAC typiques, reportez-vous au tableau des paramètres AC dans la documentation de l'entreprise. Lorsqu'une commande d'écriture est lancée pour la première fois, la broche RAC reste élevée pendant une période supplémentaire de TRACL0. Ceci est nécessaire pour télécharger l'échantillon et réparer les systèmes internes de l'appareil. La broche RAC peut être utilisée pour contrôler la technique de message. L'entrée d'horloge externe a un dispositif d'adaptation interne. Les instruments ISD4004-16M sont configurés en usine pour échantillonner en interne le signal d'entrée à la fréquence d'horloge centrale avec une tolérance de ± 1 % de la spécification. Dans les limites de tolérance, la fréquence est maintenue à n'importe quelle valeur dans la plage de température industrielle étendue ainsi que dans la plage de tension de fonctionnement telle que définie dans le tableau des caractéristiques nominales CA approprié. En cas de fonctionnement dans la plage de température industrielle, une alimentation électrique régulée est recommandée. Si une grande précision est requise, alors pour un échantillonnage à une fréquence de 4 kHz, une horloge avec un taux de répétition de 512 kHz doit être appliquée à l'appareil via la broche XCLK. Pour que les filtres anti-crénelage intégrés fonctionnent correctement à une fréquence fixe, la fréquence d'horloge doit être suffisamment stable. Le rapport cyclique des impulsions d'horloge n'est pas critique puisque leur fréquence est immédiatement divisée par 2. Si l'entrée XCLK n'est pas utilisée, la broche 26 doit être connectée au fil commun. La broche AM ATS est utilisée pour contrôler la réduction automatique du bruit. Ce dernier réduit le niveau du signal de 6 dB s'il tombe en dessous du seuil défini (la réduction de bruit n'est pas activée pour les gros signaux). Pour un fonctionnement normal du système de réduction de bruit, la sortie AM ATS est connectée à un fil commun via un condensateur de 1 μF. Ce condensateur devient un élément du capteur de crête interne, qui répond à l'amplitude (valeur de crête) du signal. Le niveau de crête est comparé au seuil défini pour déterminer quand la réduction de bruit est activée. Le condensateur affecte également la vitesse à laquelle la réduction du bruit change au cours du temps d'attaque en fonction de l'amplitude du signal. La connexion de la sortie AM CAP au bus Ucca désactive la réduction de bruit. Comme indiqué, l'ISD4004-16M utilise une interface SPI série. Le protocole de transfert de données suppose que les registres à décalage du microcontrôleur sont synchronisés sur la chute du signal SCLK. Dans l'ISD4004-16M, les données sont verrouillées sur la broche MOSI sur le front montant de l'horloge. Les données sont reçues de la sortie MISO par la chute de l'impulsion d'horloge. 1. Tous les transferts de données série commencent par un signal descendant sur la broche SS. 2. Cette broche est maintenue au niveau bas pendant toute la durée de la communication série et passe au niveau haut entre les commandes. 3. Les données d'entrée sont capturées sur le front montant de l'impulsion d'horloge et les données de sortie sont capturées sur la décroissance. 4. La lecture et l'enregistrement sont effectués à bas niveau sur la broche SS lorsque le code d'opération et l'adresse correspondants sont fournis à l'appareil ISD4004-16M. 5. Les codes d'opération et les champs d'adresse sont représentés par huit bits de service et 16 bits d'adresse. 6. Chaque opération se terminant par un signal de fin de message (EOM) ou de débordement génère une interruption, y compris l'instruction Call Message Loop. L'interruption est effacée la prochaine fois qu'un nouveau cycle SPI est entré. 7. Étant donné que les données d'interruption sont décalées sans enregistrer les bits d'avance dans le MISO, les données de contrôle et les adresses sur la broche MOSI sont décalées en même temps. La prudence est recommandée car les données décalées peuvent être compatibles avec le fonctionnement actuel du système. Il est possible de lire des données d'interruption et de démarrer une nouvelle opération dans le même cycle SPI. 8. L'opération commence avec le bit Run (RUN) activé et se termine avec sa réinitialisation. 9. Toutes les opérations commencent sur le front montant de la broche SS. La commande Appeler le message, qui permet à l'utilisateur de "sauter" les messages si l'emplacement réel de la personne d'intérêt n'est pas connue, est utilisée pendant la lecture. Dans ce mode, la vitesse de passage est 1600 fois plus rapide que la lecture normale. L'arrêt se produit lorsque le marqueur indique "Fin du message". Le compteur d'adresses interne pointe alors vers le message suivant. Si la commande Call Message (MC) est utilisée, la procédure suivante doit être suivie, sinon l'appel peut ne pas être précis. La procédure pour appeler correctement un message est la suivante. Avant d'exécuter ou de définir la commande "Message Call" (MC ou SETMC, respectivement), une commande d'arrêt "idle" (factice) doit être envoyée à l'appareil. Une telle commande consiste en un ensemble de bits de service : "Pass" = 0, "Play / Record" = 0, PU ("Power on") = 1, IAB ("Skip address") = 1, MC ("Recall message ") = 0. En d'autres termes, le nombre hexadécimal 30 est utilisé comme commande dans l'appareil. Après l'entrée de la commande d'arrêt "factice", une ou plusieurs commandes MC ou une commande SETMC peuvent être exécutées. Il n'est pas nécessaire de répéter la commande d'arrêt "idle" avant la fin de l'opération de lecture suivante. Les codes opérationnels sont présentés dans le tableau. 1.
Séquence de mise sous tension. L'ISD4004-16M est prêt à fonctionner en temps TPUD (la valeur typique à une fréquence d'échantillonnage de 4 kHz est d'environ 50 ms). Vous devez attendre ce temps avant d'émettre une commande d'opération. Par exemple, pour jouer à partir de l'adresse 00, la boucle de programme suivante serait utilisée : 1. Une commande POWERUP est envoyée pour mettre sous tension. 2. Pause pour TPUD (Power On Delay). 3. La commande SETPLAY avec l'adresse 00 est émise. 4. La commande PLAY est envoyée En conséquence, l'appareil démarre la lecture à partir de l'adresse 00, et lorsque la "Fin de message" se produit, il génère une interruption. Après cela, la lecture s'arrête. Boucle pour implémenter le mode écriture : 1. Une commande POWERUP est envoyée. 2. Pause pour TPUD (Power On Delay). 3. La commande POWERUP est émise. 4. La commande SETREC est envoyée avec l'adresse 00. 5. La commande REC est envoyée. L'appareil commence à écrire un message à partir de l'adresse 00, et lorsqu'un débordement se produit (fin du plan mémoire), il génère une interruption, après quoi l'enregistrement s'arrête. Un schéma fonctionnel simplifié du port SPI avec une description et une indication des bits de contrôle qui lui sont associés est illustré à la fig. 4, a et b.
Le registre de contrôle SPI permet de contrôler les fonctions de l'appareil telles que la lecture, l'enregistrement, le rappel de message, la mise sous tension et hors tension, le démarrage et l'arrêt des opérations, le saut d'adresse. En tableau. 2 montre les valeurs dans les bits du registre de contrôle SPI et leurs fonctions correspondantes.
Les diagrammes de synchronisation du fonctionnement de la puce ISD4004-16M lorsque les commandes de contrôle (8 bits) et les adresses (16 bits) sont données au format 24 bits sont illustrés à la Fig. 5.
Les schémas de la fig. 6 illustrent un cycle d'enregistrement/lecture et d'arrêt.
Tous les timings peuvent être trouvés dans le tableau des paramètres AC déjà mentionné. Sur la fig. 7 montre un schéma d'une option possible pour connecter la puce ISD4004-16M au microcontrôleur PIC16C62A commun et à l'amplificateur de puissance intégré LM3M 4860H.
Lors du développement d'appareils utilisant l'ISD4004-16M, il convient de rappeler que pour un fonctionnement fiable et sans problème, il doit être alimenté par une tension stabilisée ne dépassant pas 2,85 ... à proximité d'une source d'alimentation. La broche de terre analogique USSA doit être connectée au commun de l'alimentation par une ligne avec l'impédance la plus faible possible, et la broche de terre numérique USSD doit être connectée à un bus séparé à faible impédance. Les jeux de barres reliant les entrées analogiques et numériques au fil commun de l'alimentation doivent être suffisamment grands pour garantir une chute de tension minimale à travers eux. Dans ce cas, la différence d'impédance des pneus ne doit pas dépasser 3 ohms. Auteur : A. Shitikov
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