基于ISD4004语音录放的开题报告文档格式.docx

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美国ISD公司生产的系列语音芯片使用范围最广，相关的设计资料也容易找到。

ISD4004系列单片语音录放电路是美国ISD公司的新一代产品,同早期美国ISD公司产品一样,它采用了ISD公司的Chip-Corder专利技术，多级存储技术,既声音无须A/D转换和D/A转换,采用直接模拟量存贮技术,因此能够真实、自然地再现语音、音乐效果声音,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。

由于设计成和微处理器通过串行接口控制芯片的方法,使本器件引出端数减到最少。

（2）音频功放选择

由于ISD4004的内置音频功放的功率较小,声音大概和普通程控电话的免提相当，为了获得较大的声音，本设计外加一级功率放大。

音频功放芯片选择LM386

LM386芯片简介：

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。

（3）电源选择

查找资料得知，ISD4004的工作电压为3V单电源工作；

而ATMEGA16工作电压范围为4.5V～5.5V。

考虑到两者的电压要求，电源选择为自制整流电源。

这种方法简单可行,可以得到精确的电压值,而且稳定度高,可以长期使用。

（4）控制模块选择

ISD控制模块选择ATmega16L

2、单元电路

2.1语音芯片ISD4004

2.1.1语音芯片ISD4004简述

　　●单片8至16分钟语音录放

　　●内置微控制器串行通信接口

　　●3V单电源工作

　　●多段信息处理

　　●工作电流25-30mA,维持电流1μA

　　●不耗电信息保存100年（典型值）

　　●高质量、自然的语音还原技术

　　●10万次录音周期（典型值）

　　●自动静噪功能

●片内免调整时钟,可选用外部时钟

ISD4004系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。

芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。

芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。

芯片采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,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因量化和压缩造成的量化噪声和"

金属声"

。

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。

2.1.2SPI（串行外部接口）

　　ISD4004工作于SPI串行接口。

SPI协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作,因此对ISD4004而言,在时钟止升沿锁存MOSI引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO引脚。

协议的具体内容为：

　　1.所有串行数据传输开始于SS下降沿。

　　2.SS在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。

　　3.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。

　　4.SS变低,输入指令和地址后,ISD才能开始录放操作。

　　5.指令格式是（8位控制码）加（16位地址码）。

　　6.ISD的任何操作（含快进）如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。

　　7.使用"

读"

指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。

因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。

当然,也允许在一个SPI周期里,同时执行读状态和开始新的操作（即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容）。

　　8.所有操作在运行位（RUN）置1时开始,置0时结束。

　　9.所有指令都在SS端上升沿开始执行。

2.1.3语音芯片外部特征

（1）ISD4004语音芯片外观

ISD4004采用28脚双列直插式塑料封装，其外形与管脚如图：

2.1.4ISD语音芯片引脚描述

　　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,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。

　　地线:

（VSSA,VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。

　　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3KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。

差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000系列相同。

　　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

　　音频输出（AUDOUT）提供音频输出,可驱动5KΩ的负载。

　　片选（SS）此端为低,即向该ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。

　　串行输入（MOSI）此端为串行输入端，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ISD输入。

　　串行输出（MISO）ISD的串行输出端。

ISD未选中时,本端呈高阻态。

　　串行时钟（SCLK）ISD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ISD,在下降沿移出ISD。

　　中断（/INT）本端为漏极开路输出。

ISD在任何操作（包括快进）中检测到EOM或OVF时,本端变低并保持。

中断状态在下一个SPI周期开始时清除。

中断状态也可用RINT指令读取。

OVF标志----指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。

EOM标志----只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1。

　　行地址时钟（RAC）漏极开路输出。

每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行（ISD4004系列中的

　　存贮器共2400行）。

该信号175ms保持高电平,低电平为25ms。

快进模式下,RAC的218.75μs是高电平,31.25μs为低电平。

该端可用于存储管理技术。

　　外部时钟（XCLK）本端内部有下拉元件。

芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在+1%内。

商业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在+2.25%内。

工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。

若要求更高精度,可从本端输入外部时钟（如前表所列）。

由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。

输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。

在不外接地时钟时,此端必须接地。

自动静噪（AMCAP）当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号（静音）时的噪声。

通常本端对地接1mF的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。

检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。

大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。

1mF的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。

本端接VCCA则禁止自动静噪。

2.2LM386音频功放单元电路

LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。

为使外围元件最少，电压增益内置为20。

但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。

输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。

2.2.1LM386芯片的引脚及功能

LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式，为了方便电路设计，我们采用塑封8引线双列直插式芯片，引脚2为反相输入端，3为同相输入端；

引脚5为输出端；

引脚6和4分别为电源和地；

引脚1和8为电压增益设定端；

使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。

如图所示

2.2.2LM386芯片的内部结构

LM386内部电路原理图如图所示。

与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。

内部电路见图2.6。

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；

T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；

T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。

使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。

第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。

二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。

电路由单电源供电，故为OTL电路。

输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

表2.7是JRC386D内部阻值表。

2.2.3LM386特性

　　静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电；

　　工作电压范围宽，4-12Vor5-18V；

　　外围元件少；

　　电压增益可调，20-200；

　　低失真度；

2.3控制模块

控制模块采用ATMEL公司的ATmega16L单片机芯片。

2.3.1ATmega16L基本参数

类别：

嵌入式-微处理器

　　系列：

AVR?

ATmega

　　核心处理器：

AVR

　　芯体尺寸：

8-位

　　速度：

8MHz

　　连通性：

I2C，SPI，UART/USART

　　外围设备：

欠压检测/复位，POR，PWM，WDT

　　输入/输出数：

32

　　程序存储器容量：

16KB（16Kx8）

　　程序存储器类型：

FLASH

　　EEPROM大小：

512x8

　　RAM容量：

1Kx8

　　电压-电源（Vcc/Vdd）：

2.7V~5.5V

　　数据转换器：

A/D8x10b

　　振荡器型：

内部

　　工作温度：

-40°

C~85°

C

封装/外壳：

40-DIP（0.600"

15.24mm）

2.3.2ATmega16L-8PU芯片的引脚及功能

VCC电源正

　　GND电源地

端口A（PA7..PA0）端口A做为A/D转换器的模拟输入端。

端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。

作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。

端口B（PB7..PB0）端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。

　　端口B也可以用做其他不同的特殊功能.

　　端口C（PC7..PC0）端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。

如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5（TDI）、PC3（TMS）与PC2（TCK）的上拉电阻被激活。

端口C也可以用做其他不同的特殊功能.

　　端口D（PD7..PD0）端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。

端口D也可以用做其他不同的特殊功能.

　　RESET复位输入引脚。

持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。

持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。

　　XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。

　　XTAL2反向振荡放大器的输出端。

　　AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。

不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。

使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。

　　AREFA/D的模拟基准输入引脚。

3、参考文献

零基础学AVR单片机:

基于ATmega16、汇编及C语言[M]机械工业出版社.2011

ATmega16单片机项目驱动教程:

基于C语言+Proteus仿真[M]电子工业出版社.2011

AVR单片机原理及测控工程应用:

基于ATmega48/ATmega16[M]北京航空航天大学出版.2008

AVR单片机C语言[M]中国电力出版社.2011

4、进度安排

周次

进度安排

第1~2周

1.查找和整理相关资料

2.初步预定方案

3.完成开题报告

第3~4周

1.采购元器件

2.完成硬件和软件的制作

第5~12周

1.安装调试单片机系统

2.反复检测系统的稳定性

第13~14周

1.完成成品的包装

2.准备设计报告

第15~17周

1.完成设计论文

2.顺利完成答辩

5、经费预算

名称

型号

价格（元）

单片机芯片

AVRATmega16L

15

功放芯片

LM386

3

语音芯片

ISD4004

16

SPEAKER

5