毕业论文 ISD4004语音芯片翻录器的研制.doc

学生毕业设计（毕业论文）系别：计算机科学与技术系专业：计算机应用技术班级：计应学生姓名：学生学号：设计（论文）题目：ISD4004语音芯片翻录器设计指导教师：设计地点：起迄日期：2006-3-12006-6-30毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page2of42毕业设计（论文）任务书专业计算机应用技术班级计应041姓名一、课题名称：ISD4004语音芯片翻录器设计二、主要技术指标：1、项目包含硬件部分与软件部分2、硬件包括：ISD4004读写模块、录放模块、输入模块、功放模块、电源模块。3、毕业论文符合规范三、工作内容和要求：1、系统分析、功能模块设计要求：1)描述系统应具备的功能；2）画出系统功能分析图3）描述每一模块的功能2、单片机硬件电路设计要求：1）根据系统功能分析的结果画出硬件电路模型图（草图）2)根据硬件电路模型图画出原理图并布出PCB板，用制板机制出电路板3）在所制的电路上，焊接所需的元器件（同时在万能板上焊上所需的元器件，用于调试电路时用,这样可以减少设计成本）。3、各功能程序设计要求：1）跟据用户所需的功能，编写程序（在KeiluVision2编译环境下），主要以C语言为主，嵌入部分汇编语言。2）思路清晰、各功能模块标明注释4、系统功能调试要求：1）画出实现每一功能的用例图2）设计实现这些功能用到的视图、宏或程序代码5、编著设计论文要求：1）论文中应含各项工作内容2）论文的最后一部分应含设计总结3）满足要求的字数、严禁抄袭四、主要参考文献：1、Protel99SE电路设计技术入门与应用电子工业出版社2、模拟电子技术西安电子科技大学出版社3、单片机高级语言C51Windows环境编程与应用电子工业出版社学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page3of42毕业设计（论文）开题报告设计（论文题目）ISD4004语音芯片翻录器设计一、选题的背景和意义：ISD系列语音芯片是美国ISD公司推出的产品。该系列语音芯片采用多电平直接接模拟存储（ChipCorder）专利技术，声音不需要A/D转换和压缩，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，没有A/D转换误差，因此能够真实、自然地再现语音、音乐及效果声。避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。ISD4004语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。采样频率可为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于内烁存储器中，可在断电情况下保存100年（典型值）反复录音10万次。器件工作电压3V，工作电流2530mA，维持电流1A?单片录放语音时间816min，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。二、课题研究的主要内容：1）ISD语音芯片的读写系统2）音频输出功放模块，稳压模块。3）系统设计一种由单片机控制，能够循环录放的语音电路，可作为录音机，复读机、音频记录仪使用，既节省存储空间，又降低成本，具有较高的实用价值。4）ISD4004工作于SPI串行接口，SPI协议和接口指令三、主要研究（设计）方法论述：系统基于通信技术，选用C语言程序开发平台；成功地将ISD4004语音芯片与单片机、录放电路、功放电路和稳压电路结合，实现语音循环录放。目前，市场上的固体录音机及各种录音笔，大多采用的是顺序录音，不具备循环录音功能，一旦存储器录满，必须重新操作才行。本文设计一种能够循环录放的语音电路，即可解决上述问题。用户可以随意的录放想要保存的内容，具有自动静噪功能，片内有免调整时钟，可选用外部时钟。毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page4of42四、设计（论文）进度安排：时间工作内容2006-3-12006-3-14准备立项，做好项目的准备及计划。2006-3-152006-4-1搜集相关技术资料，准备设计产品结构框架。2006-4-22006-4-7团队开会，听取指导教师意见，结构框架定型。2006-4-82006-4-15构建系统结构，确定单片机与芯片的通信协议2006-4-162006-4-22绘制电路原理图2006-4-232006-4-30制作音频输出的相关功能模块。2006-5-82006-5-16制作稳压电源的相关功能模块。2006-5-172006-5-25制作PCB板2006-5-262006-6-2制作语音录放电路的相关功能模块。2006-6-32006-6-12整合系统。功能扩充。2006-6-132006-6-20整体系统定型，并对错误做出处理。2006-6-212006-6-30对系统运行试用，并对相应问题作改进。五、指导教师意见：指导教师签名：年月日六、系部意见：系主任签名：年月日毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page5of42目录摘要关键词前言一、ISD4004系列语音录放集成电路应用说明.61、简述.62、引脚描述.83、SPI(串行外部接口).104、时序.135、典型应用电路.156、电气参数.18二、低电压音频功放电路.22三、电路设计原理图.28四、电路设计PCB板.30五、源程序代码设计.31六、总结.42七、谢辞.42八、参考文献.42毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page6of42ISD4004语音芯片翻录器的研制摘要针对ISD语音芯片的特点，设计一种由单片机控制，能够循环录放的语音电路，可作为录音机，复读机、音频记录仪使用，既节省存储空间，又降低成本，具有较高的实用价值。关键词：ISD4004语音循环录放。SummaryAimatthecharacteristicsoftheISDspeechchip,designakindoffromsingleslicemachinecontrol,cancirculatetorecordtoputofspeechelectriccircuitbeataperecorder,replyingtoreadmachine,theaudiofrequencyrecordinstrumentusage,sinceeconomicalsavingspace,andthendeclinelowcost,havehigherpracticalvalue.Keyword:TheISD4004speechesrecordtoputcircularly.前言ISD系列语音芯片是美国ISD公司推出的产品。该系列语音芯片采用多电平直接接模拟存储（ChipCorder）专利技术，声音不需要A/D转换和压缩，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，没有A/D转换误差，因此能够真实、自然地再现语音、音乐及效果声。避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。ISD4004语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。采样频率可为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于内烁存储器中，可在断电情况下保存100年（典型值）反复录音10万次。器件工作电压3V，工作电流2530mA，维持电流1A?单片录放语音时间816min，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。目前，市场上的固体录音机及各种录音笔，大多采用的是顺序录音，不具备循环录音功能，一旦存储器录满，必须重新操作才行。本文设计一种能够循环录放的语音电路，即可解、上述问题。毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page7of42一、ISD4004系列语音录放集成电路应用说明1、简述单片8至16分钟语音录放、8、10、12及16分钟3V单电源工作工作电流2530mA，维持电流1uA高质量、自然的语音还原技术自动静噪功能无需开发系统内置微控制器串行通信接口多段信息处理不耗电保存信息100年（典型值）100000次录音周期（典型值）片内免调整时钟，可选用外部时钟ISD4004系列型号与性能对照表-型号录放时间输入采样典型带宽最大段数最小段长外部时钟ISD4004-08M8分钟8.0KHz3.4KHz2400200ms1024KHzISD4004-10M10分钟6.4KHz2.7KHz2400250ms819.2KHzISD4004-12M12分钟5.3KHz2.3KHz2400300ms682.7KHzISD4004-16M16分钟4.0KHz1.7KHz2400400ms512KHzTE63480系列内部框图(与ISD4003雷同)Figure:ISD4003SeriesBlackDiagram毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page8of42ISD4004系列TSOP及PDIP、SOIC引脚如下：（和ISD4003系列相同）Figure1：ISD4004SeriesTSOPandPDIP/SOICPinoutsISD4004系列工作电压3V，单片录放语音时间8至16分钟，音质好，适用于移动电话机及其它便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混清滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和多属声。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0KHz,频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年（典型值）反复录音10万次。2、引脚描述电源（VCCA，VCCD）为使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并分别引到外封装的不同引脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能靠近供电源处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。地线（VSSA，VSSD）芯片内的模拟和数字电路也使用不同的地线。几个VSSA尽量在引脚焊盘上相连，并用低阻通路连到电源上，VSSD也用低阻通路连到电源上。这些接地通路要足以使VSSA与VSSD之间的阻值小于3。芯片的背面是通过衬底电阻连接到VSS的，在做COB时托盘须接VSS或悬空。同相模拟输入（ANAIN+）这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32mV，耦合电容和本端的3K电阻输入阻挠决定了芯片频率的低端截止频率。在差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV。这两种戏动方式见下图毕业设计（论文）报告语音芯片翻录器设计计算机科学与技术系计应041班Page9of42反相模拟输入（ANAIN-）差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mV，本端的标称输入阻挠为56k，单端驱动时，本端通过电容接地。两种方式下，ANAIN+和ANAIN-端的耦合电容值应相同。音频输出（AUDOUT）提供音频输出，可驱动5K的负载。片选（SS）此端为低，即选中ISD4003B系列串行输入（MOSI）此为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供TER输入串行输出（MISO）TER串行输出端，TER末选中时，本端呈高阻态。串行时钟（SELK）TER的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到TER，在下降沿移出TER。忠断（INI）本端为漏极开路输出，TER在任何操作（