ISD4004系列單片語音錄放電路
一、 簡述
●單片8至16分鐘語音錄放???????
●3V單電源工作??????????????????????????
●多段信息處理
●工作電流25-30mA,維持電流1μA?????????
●不耗電信息保存100年(典型值)
●高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)????????????
●10萬次錄音周期(典型值)
●自動靜噪功能??????????????????????????
●片內(nèi)免調(diào)整時鐘,可選用外部時鐘
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ISD4004系列工作電壓3V,單片錄放時間8至16分鐘,音質(zhì)好,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù), 每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"。采樣頻率可為 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,頻率越低,錄放時間越長,而音質(zhì)則有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存100年(典型值),反復(fù)錄音10萬次。
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二、引腳描述
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電源:(VCCA,VCCD) 為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。
地線:(VSSA,VSSD) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。
同相模擬輸入(ANA IN+) 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動。單端輸入時,信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動時,信號最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000系列相同。
反相模擬輸入(ANA IN-) 差分驅(qū)動時,這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV
音頻輸出(AUD OUT) 提供音頻輸出,可驅(qū)動5KΩ的負(fù)載。
片選(SS) 此端為低,即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。
串行輸入(MOSI) 此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。
串行輸出(MISO) ISD的串行輸出端。ISD未選中時,本端呈高阻態(tài)。
串行時鐘(SCLK) ISD的時鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD,在下降沿移出ISD。
中斷(/INT) 本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進(jìn))中檢測到EOM或OVF時,本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF標(biāo)志----指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲器的未尾。EOM標(biāo)志----只在放音中檢測到內(nèi)部的EOM標(biāo)志時,此狀態(tài)位才置1。
行地址時鐘(RAC) 漏極開路輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進(jìn)行了一行(ISD4004系列中的存貯器共2400行)。該信號175ms保持高電平,低電平為25ms。快進(jìn)模式下,RAC的218.75μs是高電平,31.25μs為低電平。該端可用于存儲管理技術(shù)。
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?
200ms
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?
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?????????????????????????????????????????????????????????????? ?? 25ms
外部時鐘(XCLK) 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在 +1%內(nèi)。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi), 頻率變化在+2.25%內(nèi)。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi),頻率變化在-6/+4%內(nèi),此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度,可從本端輸入外部時鐘(如前表所列)。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定,故上述推薦的時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要,因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。在不外接地時鐘時,此端必須接地。
自動靜噪(AMCAP) 當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時,自動靜噪功能使信號衰弱,這樣有助于養(yǎng)活無信號(靜音)時的噪聲。通常本端對地接1mF的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較,決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。大信號時,自動靜噪電路不衰減,靜音時衰減6dB。1mF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度。本端接VCCA則禁止自動靜噪。
?
三、SPI(串行外設(shè)接口)
ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作,因此對ISD4004而言,在時鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：
??? 1.所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿。
??? 2.SS在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。
??? 3.數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入,在下降沿移出。
??? 4.SS變低,輸入指令和地址后,ISD才能開始錄放操作。
??? 5.指令格式是(8位控制碼)加(16位地址碼)。
6.ISD的任何操作(含快進(jìn))如果遇到EOM或OVF,則產(chǎn)生一個中斷,該中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。
7.使用"讀"指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時,控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從MOSI端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然,也允許在一個SPI周期里,同時執(zhí)行讀狀態(tài)和開始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)。
8.所有操作在運(yùn)行位(RUN)置1時開始,置0時結(jié)束。
9.所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。
(一)信息快進(jìn)
用戶不必知道信息的確切地址,就能快進(jìn)跳過一條信息。信息快進(jìn)只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍,遇到EOM后停止,然后內(nèi)部地址計數(shù)器加1,指向下條信息的開始處。
(二)上電順序
器件延時TPUD(8kHz采樣時,約為25毫秒)后才能開始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待TPUD,才能發(fā)出一條操作指令。
例如,從00從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時序:
1.??????? 發(fā)POWERUP命令;
2.??????? 等待TPUD(上電延時);
3.??????? 發(fā)地址值為00的SETPLAY命令;
4.??????? 發(fā)PLAY命令。
器件會從此00地址開始放音,當(dāng)出現(xiàn)EOM時,立即中斷,停止放音。
?
如果從00處錄音,則按以下時序:
1.??????? 發(fā)POWER UP命令;
2.??????? 等待TPUD(上電延時);
3.??????? 發(fā)POWER UP命令
4.??????? 等待2倍TPUD;
5.??????? 發(fā)地址值為00的SETREC命令;
6.??????? 發(fā)REC命令。
器件便從00地址開始錄音,一直到出現(xiàn)OVF(存貯器末尾)時,錄音停止。
指令表
|
指令??????? |
8位控制碼<16位地址>?????????????? |
操作摘要 |
|
POWERUP?????? |
00100XXX |
上電:等待TPUD后器件可以工作 |
|
SET PLAY?????? |
11100XXX< A15-A0>????? |
從指定地址開始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù) |
|
PLAY????????? |
11110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX >? |
從當(dāng)前地址開始放音(直至EOM或OVF) |
|
SET REC? |
10100XXX |
從指定地址開始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù) |
|
REC?????????? |
10110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX >? |
從當(dāng)前地址開始錄音(直至OVF或停止) |
|
SET MC??? |
11101XXX |
從指定地址開始快進(jìn)。必須后跟MC指令快進(jìn)繼續(xù) |
|
MC??????????? |
11111XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX >?? |
執(zhí)行快進(jìn),直到EOM.若再無信息,則進(jìn)入OVF狀態(tài) |
|
STOP??????????? |
0X110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > |
停止當(dāng)前操作 |
|
STOP WRDN??? |
0X01XXXX< XXXXXXXXXXXXXXXX >? |
停止當(dāng)前操作并掉電 |
|
RINT????????? |
0X110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX >? |
讀狀態(tài):OVF和EOM |
注：快進(jìn)只能在放音操作開始時選擇。
(三)SPI端口的控制位
???
(四)SPI 控制寄存器
SPI控制寄存器控制器件的每個功能,如錄放、錄音、信息檢索(快進(jìn))、上電/掉電、開始和停止操作、忽略地址指針等。詳見下表：
|
位 |
值 |
功???? 能 |
? |
位 |
值 |
功???? 能 |
|
RUN
=
= |
?
1
0 |
允許/禁止操作
開始
停止 |
? |
PU
=
= |
?
1
0 |
電源控制
上電
掉電 |
|
P/-R
??? =
=
= |
?
1
0 |
錄/放模式
放音
錄音 |
? |
IAB
=
= |
?
1
0 |
操作是否使用指令地址
忽略輸入地址寄存的內(nèi)容
使用輸入地址寄存的內(nèi)容 |
|
MC
=
= |
?
1
0 |
快進(jìn)模式
允許快進(jìn)
禁止 |
? |
P15-P0
?
A15-A0 |
? |
行指針寄存器輸出
?
輸入地址寄存器 |
注：IAB置0時,錄、放操作從A9-A0地址開始。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲空間,在操作到達(dá)該行末之前,應(yīng)發(fā)出第二個SPI指令將IAB置1,否則器件在同一地址上反復(fù)循環(huán)。這個特點(diǎn)對語音提示功能很有用。RAC腳和IAB位可用于信息管理。SPI端口簡單框圖如下：
四、時序???????????????? SPI時序參數(shù)
|
Symbol |
Min |
Typ |
Max |
Units | |
|
TSSS |
/SS Setup Time |
500 |
? |
? |
nsec |
|
TSSH |
/SS Hold Time |
500 |
? |
? |
nsec |
|
TDIS |
Data in Setup Time |
200 |
? |
? |
nsec |
|
TDIH |
Data in Hold Time |
200 |
? |
? |
nsec |
|
TPD |
Output Delay |
? |
? |
500 |
nsec |
|
TDF |
Output Delay to Hiz |
? |
? |
500 |
nsec |
|
TSSmin |
/SS HIGH |
1 |
? |
? |
μsec |
|
TSCKhi |
SCLK High Time |
400 |
? |
? |
nsec |
|
TSCKlow |
SCLK Low Time |
400 |
? |
? |
nsec |
|
F0 |
CLK(Frequency) |
? |
? |
1000 |
kHz |
?
注意一：國內(nèi)用戶多習(xí)慣使用8031系列芯片，與ISD33000、4000系列均可以方便地連接，ISD芯片需要3V穩(wěn)壓電源，信號線可直接使用5V電平。
注意二：ISD4004的控制方式與ISD33000系列完全相同，可相互參閱。
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ISD4002/4003/4004芯片參數(shù)表
|
型號 |
存儲時間（秒） |
可分
段數(shù) |
信息分辯率（毫秒） |
采樣頻率(HZ) |
濾波器帶寬(HZ) |
控制碼+地址位 |
|
ISD4002-120 |
120 |
600 |
200 |
8.0K |
3.4K |
5+11 |
|
ISD4002-180 |
180 |
600 |
300 |
5.3k |
2.3k |
5+11 |
|
ISD4002-240 |
240 |
600 |
400 |
4.0k |
1.7k |
5+11 |
|
ISD4003-04 |
240 |
1200 |
200 |
8.0K |
3.4K |
5+11 |
|
ISD4003-06 |
360 |
1200 |
300 |
5.3K |
2.3K |
5+11 |
|
ISD4003-08 |
480 |
1200 |
400 |
4.0K |
1.7K |
5+11 |
|
ISD4004-08 |
480 |
2400 |
200 |
8.0K |
3.4K |
8+16 |
|
ISD4004-16 |
960 |
2400 |
400 |
4.0K |
1.7K |
8+16 |
|
以上芯片由ISD4033K編程拷貝機(jī)編程、拷貝 | ||||||