MART1600: UNIVERZÁLNÍ MODUL PRO ZÁZNAM A REPRODUKCI ZVUKOVÝCH HLÁŠENÍ S VYUŽITÍM OBVODU ŘADY ISD1600B Verze 1.0 cz
1. Konstrukce modulu MART1600 je modul sloužící pro záznam a reprodukci jednoho zvukového signálu (hlášení) s využitím obvodů řady ISD1600B americké firmy Winbond Electronics Corporation America (WECA). Provedené v technologií víceúrovňového nevyprchajícího záznamu (ang. MLS - Multilevel Storage Technology) obvody ISD1600B jsou charakterizovány vysokou kvalitou záznamu zvuku, jednoduchostí činnosti a dlouhodobou trvanlivostí záznamu po odpojení napájení (100let). Řizení se provádí paralelním tlačítkovým rozhraním. Umožňuje to jednoduchým způsobem provádět následující funkce bez nutnosti použití dalších externích řídicích součástek: záznam zvukového hlášení, uvolňován úrovní, reprodukce hlášení, uvolňovaná hranou, reprodukce hlášení, uvolňovaná úrovní, změna rychlosti reprodukce zvuku, signalizace stavu obvodu. Aktuální stav obvodu (prováděná operace) je signalizována pomocí diody LED. Po ukončení každé operace obvody ISD1600B přecházejí automaticky do režimu hlídání (ang. Power Down) se znatelně sníženým proudovým odběrem, s proudovým odběrem <1 µa. Na obr.1 je uvedeno schéma zapojení MART1600 a na obr. umístění součástek na desce plošného spoje. Pro správnou činnost modulu potřebujeme následující extérní součástky: stabilizovaný napájecí zdroj s napětím v rozsahu +,4... +5,5 V, připojen ke zdířce P1, reproduktor 1W/8Ω připojen k liště P nebo reproduktor 0,5W/16Ω, připojen k liště P. R1.k R 4.7k P5 1 4 +C1 100uF M1 CM-18W R 4.7k R4 R5 R6 R7 R8 60k C C 80k x1n4148 D1 REC PLAYE PLAYL 100k D D 10k 160k J1 J J J4 S1 S S J5 4 6 7 14 1 + C4 4.7uF R1 1k ISD16xxB LED 16 VCCD 15 VSSD 1 10 VSSA 5 VCCP 10 REC PLAYE PLAYL MIC+ U1 MIC- ROSC AGC VSSP 9 AUD 1 SP+ 11 SP- 8 R9 680 LTL41NLC C5 C7 C9 P 1 8Ω / 1W LED R10 90 + C6 10uF + C8 10uF + C10 10uF J7 1 VCCD VCCP GND C11 +.4... +5.5V P1 _ P 1 16Ω 0,5W R11 1k T1 BC7 C1 1uF P4 Cinch Obr.1. Schéma zapojení modulu MART1600.
Obr.. Osazení součástek na plošném spoji MART1600.. Výstupy modulu Modul obsahuje elektromechanické součástky (tlačítka S1...S, zkratospojky J1...J5 a J7, výstupní konektory audio P4, reproduktorové konektory P a P) nutné pro realizaci všech funkcí obvodu. Navíc vstupy řídících signálů pro spouštění jednotlivých funkcí byly vyvedeny na konektor P5, paralelně k odpovídajícím tlačítkům S1...S. Tímto způsobem je možné spouštění jednotlivých funkcí obvodu jak pomocí tlačítek, tak i pomocí externích signálů s odpovídajícími logickými úrovněmi. Hlášení je nahráváno do obvodu pomocí mikrofónu M1 umístěného v modulu. Přehrávané hlášení je vyvedeno na reproduktorové výstupy typu PWM, do kterých, přes konektor P, lze přímo připojit reproduktor. Současně je hlášení vyvedeno buď jako nezesílený analogový signál audio na konektor P4 nebo po zesílení výkonu na reproduktor připojen ke zdířce P (v závislosti na pozici zkratospojky J7). Modul je přizpůsoben k napájení stabilizovaným napětím v rozsahu V CC =,4... 5,5 V přivedeným do konektoru P1. Všechny řídící signály: REC, PLAYE a PLAYL obvodu ISD1600B jsou číslicovými signály, přijímají dvě úrovně napětí: nízkou L (logický stav L) nebo vysokou H (logický stav H), v závislostí na napájecím napětí Vcc. Pro obvody řady ISD1600B tato napětí jsou vzhledem elektrické zemi: vstupní napětí L: -0, V... 0,xVcc, vstupní napětí H: 0,7xVcc... Vcc, výstupní napětí L: -0, V... 0,xVcc, max. 4 ma, výstupní napětí H: 0,7xVcc... Vcc, max. 1,6 ma. V dalším popisu bude užíván rovněž alternativní zápis stavu uvedeného řídícího signálu (vstupy/výstupy): název signálu = L, H, LH, HL, kde: LH nástupná hrana signálu, HL sestupná hrana. Všechny řídící vstupy REC, PLAYE a PLAYL obvodu ISD1600B mají vnitřní rezistor, zajišťující logický stav H na těch pinech a zároveň obsahují obvod eliminace zákmitů mechanických kontaktů. Aktivním stavem těchto signálů je L. S1 - tlačítko spouštění funkce REC (vstup signálu REC ) - záznam hlášení uvolňované úrovní. S - tlačítko spouštění funkce PLAYE (vstup signálu PLAYE ) - reprodukce hlášení uvolňované hranou. S - tlačítko spouštění funkce PLAYL (vstup signálu PLAYL ) - reprodukce hlášení uvolňované úrovní.
4 Stlačení libovolného z tlačítek S1...S způsobí objevení se logického stavu L na odpovídajícím řídícím pinu obvodu ISD1600B. P1 - konektor napájení DC standardu,1/5,5 - napájecí napěti v rozsahu,4...5,5 V, stabilizované. P - svorkovnice k připojení reproduktoru 16Ω / 0,5W - výstup analogového zesilovače signálu audio. P - svorkovnice k připojení reproduktoru 8Ω / 1W - přímý rozdílový výstup komplementárních reproduktorových signálů SP+ a SP- typu PWM (signály s modulovanou šířkou impulzu). P4 - konektor cinch pro výstupní analogový signál audio AUD. P5 - konektor řízení, jehož jednotlivé signálové linky jsou propojeny paralelně s odpovídajícími funkčními tlačítky S1...S: P5/1 - elektrická zem pro číslicové signály, (-) napájení. P5/ - vstup signálu REC (propojeno s S1). P5/ - vstup signálu PLAYE (propojeno s S). P5/4 - vstup signálu PLAYL (propojeno s S). J1...J5 - zkratospojky k programování kmitočtu vzorkování (a tímto horního kmitočtu pásma) zaznamenavaného signálu a změny rychlosti jeho reprodukce. Požadovaný kmitočet vzorkování získáme spojením vhodné zkratospojky, další zkratospojky jsou otevřené. V závislosti na vybraném kmitočtu vzorkování získáme jinou dobu záznamu, podle verze obvodu ISD1600B. Přibližné hodnoty těchto časů jsou uvedeny v tabulce1. Tabulka 1. Zkratospojka Kmitočet vzorkování [khz] Horní kmitočet Maximální doba záznamu [s] pásma [khz] ISD1610B ISD161B ISD1616B ISD160B J1 1 5,1 6,6 8 10,6 1, J 8,4 10 1 16 0 J 6,4,7 1,5 15 0 5 J4 5,, 15 18 4 0 J5 4 1,7 0 4 40 J7 - zkratosvorka k přepínání druhu výstupu signálu audio: spojené 1- - zesílený analogový signál audio je vyveden na reproduktor připojen k svorkovnici P, spojené - - analogový signál audio je vyveden na konektor P4. LED - dioda signalizující stav obvodu (druh prováděné operace): trvalý svit - záznam hlášení, blikání - reprodukce.. Princip činnosti Obvody ISD1600B umožňují záznam jednotlivého zvukového hlášení do vnitřní nevyprchající paměti. Jednotlivé obvody mají rozdílnou velikost paměti, a tímto různou dobu záznamu při vybraném kmitočtu vzorkování - tab.1. Modul je vybaven tlačítky S1...S umožňujícími vnutit logický stav L na jednotlivých řídících pinech, a tímto vyvolání odpovídajících funkcí obvodu. Místo těchto tlačítek k řízení lze rovněž využít externí řídící signály s odpovídajicími logickými úrovněmi L nebo H, přivedené na konektor P5. V dalším popisu jednotlivých funkcí modulu je zjednodušeno to, že řízení se provádí pomocí tlačítek..1. Programování kmitočtu vzorkování. Před zapnutím modulu je nutno nastavit podle svých potřeb kvalitu nahrávky, závislou na vzorkovacím kmitočtu (skokově 5 hodnot v rozsahu 4...1 khz). Za tímto účelem se zkratuje odpovídající zkratospojka J1...J5 podle tabulky 1. V závislosti na vybraném kmitočtu vzorkování získáme jinou dobu záznamu hlášení a jiné pásmo zaznamenavaného zvuku. Nejlepší kvalitu záznamu (horní hranice pásma 5,1 khz) získáme při vzorkovacím kmitočtu 1 khz. Pro získání přirozeného znění reprodukovaného zvuku kmitočet vzorkování v průběhu nahrávání hlášení a v době reprodukce musí být stejný. Pokud hlášení bude reprodukováno při vzorkovacím kmitočtu vyšším než při záznamu tak reprodukovaný zvuk bude rychlejší než zaznamenaný, bude mít vyšší tonaci. A opačně - pokud hlášení bude reprodukováno při vzorkovacím kmitočtu nižším než při nahravání, tak reprodukovaný zvuk bude pomalejší než zaznamenaný a bude mít nižší tonaci. Tímto způsobem lze získat zajímavé zvukové efekty.
5.. Záznam hlášení (REC) Tato funkce, spouštěna tlačítkem REC nebo signálem s úrovni L na konektoru P5/, umožňuje záznam jednotlivého hlášení do paměti obvodu. Maximální doba záznamu je závislá na použitém typu ISD1600B. Zdrojem zvukového signálu pro nahravání je mikrofon M1 umístěný na desce modulu. Záznam je prováděn od začátku paměti a je řízen úrovni signálu REC, tzn. je iniciován hranou HL, trvá celou dobu udržování stavu L a končí v momentu objevení se hrany LH. Stlačení a přidržení tlačítka REC ( REC =L) odstartuje záznam hlášení, které trvá do momentu uvolnění tlačítka ( REC =H) nebo do momentu dosažení konce paměti. V této době dioda LED svítí trvale. Ve chvíli ukončení záznamu hlášení, v paměti obvodu je automaticky zapisována vnitřní značka konce hlášení EOM, používana při reprodukci. Po ukončení záznamu obvod automaticky přechází do hlídacího stavu. Záznam má přednost před reprodukcí, tzn. pokud v průběhu reprodukce bude vyvolána funkce záznamu, přehrávání se přeruší a spustí se záznam... Reprodukce hlášení uvolňované hranou (PLAYE) Tato funkce, spouštěna tlačítkem PLAYE nebo signálem s úrovni L na konektoru P5/, umožňuje reprodukci jako celku zapsaného hlášení. Krátké stlačení tlačítka PLAYE (krátký impulz L v signále PLAYE ) spustí reprodukci hlášení od začátku paměti, které končí dosažením konce hlášení nebo konce paměti. V průběhu reprodukce dioda LED bliká s frekvencí několika bliků za sekundu. Opětovné krátké stlačení PLAYE (další impulz L) po ukončení reprodukce spustí reprodukci hlášení od začátku. Krátké stlačení PLAYE v průběhu reprodukce způsobí okamžité přerušení této operace. Po ukončení reprodukce obvod přechází automaticky do hlídacího režimu..4. Reprodukce hlášení uvolňované hladinou (PLAYL) Tato funkce, spouštěna tlačítkem PLAYL nebo signálem s úrovni L na konektoru P5/4, umožňuje reprodukci zaznamenaného hlášení od začátku paměti, po celou dobu aktivity signálu PLAYL. Stlačení a přidržení tlačítka PLAYL ( PLAYL =L) spustí reprodukci hlášení, které trvá celou dobu udržování se hladiny L na tomto signálu. V průběhu reprodukce dioda LED bliká s frekvencí několika bliků za sekundu. Reprodukce končí v následujících případech: v momentu uvolnění tlačítka PLAYL ( PLAYL =H), v momentu dosažení konce hlášení nebo dosažení konce paměti. Po ukončení reprodukce obvod přechází automaticky do hlídacího režimu..5. Alarm nahrání (valert) Toto je volitelná signalizační funkce, způsobující, že po ukončení operace záznamu dioda LED pomalu bliká (každých několik sekund) a tak signalizuje přítomnost nového hlášení v paměti. Po reprodukci hlášení dioda přestane blikat a vrací se do normálního stavu signalizace. Obvody, u kterých je tato funkce dostupná, jsou označeny ISD1600B...01 ( na speciální objednávku).
6 4. Základní technické parametry modulu MART1600 Napájení: +,4... +5,5V, stabilizované. Doba záznamu závislá na typu obvodu: 10...0 s při vzorkovacím kmitočtu 8 khz Nevyprchající záznam v obvodu ISD1600B, trvalost záznamu 100 let bez napájení. Možnost provedení až 100 000 cyklů záznamu. Řízení pomocí tlačítek nebo externích signálů. Výkon na reproduktorových výstupech (signály SP+ i SP- typu PWM na svorkovnici P): 670 mw při napájecím napětí 5,5 V a impedanci reproduktoru 8 Ω. Napětí výstupního analogového signálu audio AUD (konektor P4): max. 1,5 Vpp. 5. Seznam součástek modulu Označení Typ součástky Poznámky Rezistory (0,15 W): R1, kω R, R 4,7 kω R4 60 kω R5 80 kω R6 100 kω R7 10 kω R8 160 kω R9 680 Ω R10 90 Ω R11, R1 1 kω Kondenzátory: C1 100 µf/16v elektrolytický C, C 100 nf foliový MKT C4 4,7 µf/5v elektrolytický C6, C8, C10 10 µf/5v elektrolytický C5, C7, C9, C11 100 nf keramický C1 1 uf fóliovýmkt Integrované obvody: U1 ISD16xxB libovolný obvod z řady ISD16xx Tranzistory: T1 BC7 skupina 5 Diody: D1, D, D 1N4148 impulzní křemíková LED LTL41NLC zelená, nízkoproudová, mm Ostatní: M1 CM-18W elektretový mikrofon S1 DTS-6R mikropřepínač 6x6 mm, NO S, S DTS-6K mikropřepínač 6x6 mm, NO P1 PC-GK.1 konektor napájení DC do pl. spoje, typ,1/5,5 P, P TB-.8-P-P-BL lub TB-.8-P-P-GY svorkovnice,81 mm, -pin P4 PHS-B konektor chinch do pl. spoje P5-7-041 svorkovnice samec přímá,54 mm, 4-kontaktová J1, J, J, J4, J5 MX-9010-01 svorkovnice,54 mm horizontální, -pin J7 MX-9010-01 svorkovnice,54 mm horizontální, -pin Některé použité součástky, hlavně mechanické (přepínače, konektory, lišty), mohou být nahrazeny jinými typy.