【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計與實現(xiàn) 9 ISD4004 引腳 如圖 ： 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)。 圖 ISD4004 引腳 圖 基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 10 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 )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 標志 指示 ISD的錄、放操作已到達存儲器的未尾。 EOM 標志 只在放音中檢測到內(nèi)部的 EOM 標志時 ,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。快進模式下 ,RAC 的 是高電平 , 為低電平。該端可 用于存儲管理技術(shù)。 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 +%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 圖 )。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。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。 SPI SPI(Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口 )總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備 以串行方式進行通信以交換信息。 SPI 有三個寄存器分別為：控制寄存器 SPCR，狀態(tài)寄存器基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 11 SPSR，數(shù)據(jù)寄存器 SPDR。外圍設(shè)備 FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、 LCD顯示驅(qū)動器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和 MCU 等。 SPI 總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用 4 條線：串行時鐘線（ SCLK）、主機輸入 /從機輸出數(shù)據(jù)線 MISO、主機輸出 /從機輸入數(shù)據(jù)線 MOSI 和低電平有效的從機選擇線 SS(有的 SPI 接口芯片帶有中斷信號線 INT、有的 SPI 接口芯片沒有主機輸出 /從機輸入數(shù)據(jù)線 MOSI)。 SPI 接口是在 CPU 和外圍低速器件之間進行同步串行數(shù)據(jù)傳輸， 傳輸數(shù)據(jù)為 8 位， 在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比 I2C 總線要快，速度可達到幾 Mbps。 如圖 所示 ， 在 SCLK 的下降沿上數(shù)據(jù)改變，同時一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。 SPI 接口內(nèi)部硬件圖 如圖 ： 圖 SPI 接口內(nèi)部硬件 圖 圖 SPI 通訊時序 圖 Master Slave SCLK MOSI MISO SS 圖 SPI 硬件連接 圖 基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 12 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 )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。 ISD4004 上電順序 如下： 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 , 基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 13 錄音停止。 ISD4004 時序圖如圖 ： ISD4004 回放 /記錄和停止循環(huán) 如下圖所示： ISD4004 指令表如圖 所示： 圖 時序 圖 圖 圖 指令表 基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 14 LM386 芯片簡介 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少， 電壓增益 內(nèi)置為 20。但在 1腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得 LM386 特別適用于電池供電的場合 。 其特性如下： ●靜態(tài) 功耗 低，約為 4mA，可用于電池供電； ●工作電壓范圍寬， 412V 或 518V； ●外圍元件少； ●電壓增益可調(diào)， 20~200； ●低失真度 。 LM386 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ： LM386 的引腳排列如圖 ： 圖 LM386 引腳圖 圖 LM386 引腳圖 基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 15 音頻處理電路設(shè)計 在本設(shè)計中，用 語音芯片 ISD400408MP 和 LM386 構(gòu)成的 音頻處理 電路 (如圖 )。 ISD4004 可以工作在 電壓， 工作電流 2530mA，通過 MIC 采集聲音信息，輸入 同相模擬輸入 端 (ANA IN+)，因為 單端輸入時 ,信號由耦合電容輸入 ,此端 最大幅度為峰峰值 32mV，所以選擇此端。 ISD4004 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 送入 ，所以由單片機 STC89C58RD+模擬 SPI 協(xié)議 SPI接口控制該芯片執(zhí)行相應(yīng)的動作。 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 。采集的信號經(jīng)過 ISD4004 內(nèi)部的一系列處理，從 音頻輸出端 (AUD OUT)輸出，經(jīng)過 LM386 音頻放大電路放大，直接通過喇叭放出來。其中音頻放大電路增益是 20， 輸入端通過可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)可控制輸出音量的大小。電路中濾波電容的運用也是一大關(guān)鍵。 圖 ISD4004 音頻處理圖 SS1MOSI2MISO3VSSD4NC5NC6NC7NC8NC9NC10VSSA11VSSA12aud out13AM CAP14SCLK28VCCD27XCLK26INT25RAC24VSSA23NC22NC21NC20NC19VCCA18ANAIN+17ana in16NC15ISD1ISD4004C81UFC1100UFC222UFC3C41 2J10CON2R410kR5300kR610kR81kC12220ufC13102or104MK1MICROPHONE2GAIN8ByPass7Vs6VOUT5GAIN1INPUT2INPUT+3GND4J8LM386C6LS1SPEAKERR210C7220UFSSMOSIMISOSCLKINTRAC輸出音量A1B2C3D4E5J4AUDIO_OUTA1B2C3D4E5J5Comment: AUDIO_IN11 32R7 10KB2C3E1Q1NPNC9C10C14phonephone1 2J7CON21 2J9CON21 2J6CON2Vout2Vin1Ajd3J3C100基于單片機的錄音筆的設(shè)計與實現(xiàn) 16 液晶顯示模塊 本模塊是由 LCD12864 液晶顯示器組成，由單片機控制使其顯示相應(yīng)的界面。 LCD12864 介紹 12864 液晶圖形顯示器可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是 8 位微處理器