畢業(yè)論文 ISD4004語音芯片翻錄器的研制.doc

學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文）系別：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系專業(yè)：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)班級：計應(yīng)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：設(shè)計（論文）題目：ISD4004語音芯片翻錄器設(shè)計指導(dǎo)教師：設(shè)計地點：起迄日期：2006-3-12006-6-30畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page2of42畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)班級計應(yīng)041姓名一、課題名稱：ISD4004語音芯片翻錄器設(shè)計二、主要技術(shù)指標(biāo)：1、項目包含硬件部分與軟件部分2、硬件包括：ISD4004讀寫模塊、錄放模塊、輸入模塊、功放模塊、電源模塊。3、畢業(yè)論文符合規(guī)范三、工作內(nèi)容和要求：1、系統(tǒng)分析、功能模塊設(shè)計要求：1)描述系統(tǒng)應(yīng)具備的功能；2）畫出系統(tǒng)功能分析圖3）描述每一模塊的功能2、單片機(jī)硬件電路設(shè)計要求：1）根據(jù)系統(tǒng)功能分析的結(jié)果畫出硬件電路模型圖（草圖）2)根據(jù)硬件電路模型圖畫出原理圖并布出PCB板，用制板機(jī)制出電路板3）在所制的電路上，焊接所需的元器件（同時在萬能板上焊上所需的元器件，用于調(diào)試電路時用,這樣可以減少設(shè)計成本）。3、各功能程序設(shè)計要求：1）跟據(jù)用戶所需的功能，編寫程序（在KeiluVision2編譯環(huán)境下），主要以C語言為主，嵌入部分匯編語言。2）思路清晰、各功能模塊標(biāo)明注釋4、系統(tǒng)功能調(diào)試要求：1）畫出實現(xiàn)每一功能的用例圖2）設(shè)計實現(xiàn)這些功能用到的視圖、宏或程序代碼5、編著設(shè)計論文要求：1）論文中應(yīng)含各項工作內(nèi)容2）論文的最后一部分應(yīng)含設(shè)計總結(jié)3）滿足要求的字?jǐn)?shù)、嚴(yán)禁抄襲四、主要參考文獻(xiàn)：1、Protel99SE電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用電子工業(yè)出版社2、模擬電子技術(shù)西安電子科技大學(xué)出版社3、單片機(jī)高級語言C51Windows環(huán)境編程與應(yīng)用電子工業(yè)出版社學(xué)生（簽名）年月日指導(dǎo)教師（簽名）年月日教研室主任（簽名）年月日系主任（簽名）年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page3of42畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文題目）ISD4004語音芯片翻錄器設(shè)計一、選題的背景和意義：ISD系列語音芯片是美國ISD公司推出的產(chǎn)品。該系列語音芯片采用多電平直接接模擬存儲（ChipCorder）專利技術(shù)，聲音不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，因此能夠真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂及效果聲。避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。ISD4004語音芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列等，因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設(shè)計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口（SPI或Microwire）送入。采樣頻率可為4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于內(nèi)爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年（典型值）反復(fù)錄音10萬次。器件工作電壓3V，工作電流2530mA，維持電流1A?單片錄放語音時間816min，音質(zhì)好，適用于移動電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。二、課題研究的主要內(nèi)容：1）ISD語音芯片的讀寫系統(tǒng)2）音頻輸出功放模塊，穩(wěn)壓模塊。3）系統(tǒng)設(shè)計一種由單片機(jī)控制，能夠循環(huán)錄放的語音電路，可作為錄音機(jī)，復(fù)讀機(jī)、音頻記錄儀使用，既節(jié)省存儲空間，又降低成本，具有較高的實用價值。4）ISD4004工作于SPI串行接口，SPI協(xié)議和接口指令三、主要研究（設(shè)計）方法論述：系統(tǒng)基于通信技術(shù)，選用C語言程序開發(fā)平臺；成功地將ISD4004語音芯片與單片機(jī)、錄放電路、功放電路和穩(wěn)壓電路結(jié)合，實現(xiàn)語音循環(huán)錄放。目前，市場上的固體錄音機(jī)及各種錄音筆，大多采用的是順序錄音，不具備循環(huán)錄音功能，一旦存儲器錄滿，必須重新操作才行。本文設(shè)計一種能夠循環(huán)錄放的語音電路，即可解決上述問題。用戶可以隨意的錄放想要保存的內(nèi)容，具有自動靜噪功能，片內(nèi)有免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘。畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page4of42四、設(shè)計（論文）進(jìn)度安排：時間工作內(nèi)容2006-3-12006-3-14準(zhǔn)備立項，做好項目的準(zhǔn)備及計劃。2006-3-152006-4-1搜集相關(guān)技術(shù)資料，準(zhǔn)備設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)框架。2006-4-22006-4-7團(tuán)隊開會，聽取指導(dǎo)教師意見，結(jié)構(gòu)框架定型。2006-4-82006-4-15構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定單片機(jī)與芯片的通信協(xié)議2006-4-162006-4-22繪制電路原理圖2006-4-232006-4-30制作音頻輸出的相關(guān)功能模塊。2006-5-82006-5-16制作穩(wěn)壓電源的相關(guān)功能模塊。2006-5-172006-5-25制作PCB板2006-5-262006-6-2制作語音錄放電路的相關(guān)功能模塊。2006-6-32006-6-12整合系統(tǒng)。功能擴(kuò)充。2006-6-132006-6-20整體系統(tǒng)定型，并對錯誤做出處理。2006-6-212006-6-30對系統(tǒng)運行試用，并對相應(yīng)問題作改進(jìn)。五、指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽名：年月日六、系部意見：系主任簽名：年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page5of42目錄摘要關(guān)鍵詞前言一、ISD4004系列語音錄放集成電路應(yīng)用說明.61、簡述.62、引腳描述.83、SPI(串行外部接口).104、時序.135、典型應(yīng)用電路.156、電氣參數(shù).18二、低電壓音頻功放電路.22三、電路設(shè)計原理圖.28四、電路設(shè)計PCB板.30五、源程序代碼設(shè)計.31六、總結(jié).42七、謝辭.42八、參考文獻(xiàn).42畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page6of42ISD4004語音芯片翻錄器的研制摘要針對ISD語音芯片的特點，設(shè)計一種由單片機(jī)控制，能夠循環(huán)錄放的語音電路，可作為錄音機(jī)，復(fù)讀機(jī)、音頻記錄儀使用，既節(jié)省存儲空間，又降低成本，具有較高的實用價值。關(guān)鍵詞：ISD4004語音循環(huán)錄放。SummaryAimatthecharacteristicsoftheISDspeechchip,designakindoffromsingleslicemachinecontrol,cancirculatetorecordtoputofspeechelectriccircuitbeataperecorder,replyingtoreadmachine,theaudiofrequencyrecordinstrumentusage,sinceeconomicalsavingspace,andthendeclinelowcost,havehigherpracticalvalue.Keyword:TheISD4004speechesrecordtoputcircularly.前言ISD系列語音芯片是美國ISD公司推出的產(chǎn)品。該系列語音芯片采用多電平直接接模擬存儲（ChipCorder）專利技術(shù)，聲音不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，因此能夠真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂及效果聲。避免了一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。ISD4004語音芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陣列等，因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。芯片設(shè)計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口（SPI或Microwire）送入。采樣頻率可為4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信息存于內(nèi)爍存儲器中，可在斷電情況下保存100年（典型值）反復(fù)錄音10萬次。器件工作電壓3V，工作電流2530mA，維持電流1A?單片錄放語音時間816min，音質(zhì)好，適用于移動電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。目前，市場上的固體錄音機(jī)及各種錄音筆，大多采用的是順序錄音，不具備循環(huán)錄音功能，一旦存儲器錄滿，必須重新操作才行。本文設(shè)計一種能夠循環(huán)錄放的語音電路，即可解、上述問題。畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page7of42一、ISD4004系列語音錄放集成電路應(yīng)用說明1、簡述單片8至16分鐘語音錄放、8、10、12及16分鐘3V單電源工作工作電流2530mA，維持電流1uA高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù)自動靜噪功能無需開發(fā)系統(tǒng)內(nèi)置微控制器串行通信接口多段信息處理不耗電保存信息100年（典型值）100000次錄音周期（典型值）片內(nèi)免調(diào)整時鐘，可選用外部時鐘ISD4004系列型號與性能對照表-型號錄放時間輸入采樣典型帶寬最大段數(shù)最小段長外部時鐘ISD4004-08M8分鐘8.0KHz3.4KHz2400200ms1024KHzISD4004-10M10分鐘6.4KHz2.7KHz2400250ms819.2KHzISD4004-12M12分鐘5.3KHz2.3KHz2400300ms682.7KHzISD4004-16M16分鐘4.0KHz1.7KHz2400400ms512KHzTE63480系列內(nèi)部框圖(與ISD4003雷同)Figure:ISD4003SeriesBlackDiagram畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page8of42ISD4004系列TSOP及PDIP、SOIC引腳如下：（和ISD4003系列相同）Figure1：ISD4004SeriesTSOPandPDIP/SOICPinoutsISD4004系列工作電壓3V，單片錄放語音時間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混清濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻放大器及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口（SPI或Microwire）送入。芯片采用多電平直接模擬量存貯技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)的閃爍存貯器中，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固置化和壓縮造成的量化噪聲和多屬聲。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。2、引腳描述電源（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，并分別引到外封裝的不同引腳上，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能靠近供電源處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。地線（VSSA，VSSD）芯片內(nèi)的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個VSSA盡量在引腳焊盤上相連，并用低阻通路連到電源上，VSSD也用低阻通路連到電源上。這些接地通路要足以使VSSA與VSSD之間的阻值小于3。芯片的背面是通過襯底電阻連接到VSS的，在做COB時托盤須接VSS或懸空。同相模擬輸入（ANAIN+）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3K電阻輸入阻撓決定了芯片頻率的低端截止頻率。在差分驅(qū)動時，信號最大幅度為峰峰值16mV。這兩種戲動方式見下圖畢業(yè)設(shè)計（論文）報告語音芯片翻錄器設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系計應(yīng)041班Page9of42反相模擬輸入（ANAIN-）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，本端的標(biāo)稱輸入阻撓為56k，單端驅(qū)動時，本端通過電容接地。兩種方式下，ANAIN+和ANAIN-端的耦合電容值應(yīng)相同。音頻輸出（AUDOUT）提供音頻輸出，可驅(qū)動5K的負(fù)載。片選（SS）此端為低，即選中ISD4003B系列串行輸入（MOSI）此為串行輸入端，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TER輸入串行輸出（MISO）TER串行輸出端，TER末選中時，本端呈高阻態(tài)。串行時鐘（SELK）TER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TER，在下降沿移出TER。忠斷（INI）本端為漏極開路輸出，TER在任何操作（