MART- 02: UNIWERSALNY MODUŁ DO NAGRYWANIA I ODTWARZANIA KOMUNIKATÓW DŹWIĘKOWYCH Zestaw do samodzielnego montażu 1
MART-02 jest modułem służącym do wielokrotnego zapisu i odczytu sygnału dźwiękowego z wykorzystaniem nieulotnych pamięci analogowych ISD1416 lub ISD1420 amerykańskiej firmy Winbond Electronics Corporation America (WECA). Charakteryzuje się wysoką jakością zapisu dźwięku, prostotą działania oraz dużą trwałością zapisu po odłączeniu zasilania (100 lat). Stosowane układy scalone,, tak jak większość układów ISD, umożliwiają w prosty sposób osiągnięcie szeregu funkcji, bez konieczności stosowania dodatkowych układów sterujących. Funkcje te to m.in.: ADRESOWANY ZAPIS KOMUNIKATÓW, ADRESOWANY ODCZYT KOMUNIKATÓW WYZWALANY POZIOMEM, ADRESOWANY ODCZYT KOMUNIKATÓW WYZWALANY IMPULSEM, PRACA W TRYBACH OPERACYJNYCH (BEZADRESOWYCH), umożliwiających: - zapętlanie komunikatów (odtwarzanie ciągłe), - zapis sekwencyjny metodą rozdzielenia komunikatów, - zapis sekwencyjny metodą łączenia komunikatów, - wyszukiwanie dowolnego komunikatu. Na rys.1. przedstawiono schemat ideowy modułu MART-02 wraz z elementami zewnętrznymi, które należy podłączyć do układu, aby uzyskać w pełni funkcjonalne urządzenie. P1 ZAPIS P5 P6 P16 P7 P17 P8 P18 P9 ODTWARZANIE1 P15 ODTWARZANIE2 P14 P12 C1 1nF P2 R1 47k R2 47k R3 47k 9 8 7 6 5 1 4 3 2 R4 -R11 8x47k 1 2 3 4 5 6 9 10 23 24 27 26 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 PLAYL PLAYE REC XCLK U1 VCCD 28 VCCA 16 VSSD 12 VSSA 13 14 SP+ 15 ISD1416 SP- ISD1420 ANAIN 20 ANAOUT 21 RECLED 25 MICREF 18 MIC 17 AGC 19 R14 470k C7 100nF C2 100nF R13 5,1k C4 100nF C3 4,7uF C5 100nF R18 1k C6 220uF R17 10k R15 1k R16 10k Sygnalizacja zapisu P3 P19 P10 P20 P11 P13 P4 + - 4,5-5,5V Głośnik 16 Ω Sygnał z zewnętrznego źródła Mikrofon elektretowy MART-02 Rys.1. Schemat ideowy modułu MART-02. 2
W skład zestawu wchodzi układ scalony ISD14xx oraz płytka drukowana (bez pozostałych elementów elektronicznych). Rozmieszczenie elementów na płytce przedstawia rys.2. Rys.2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej MART-02 (skala 2:1). Wszystkie wykorzystywane sygnały sterujące i akustyczne są doprowadzone do punktów lutowniczych P1 P20, rozmieszczonych dwurzędowo w rastrze 0,1 (2,54 mm), umożliwiających wlutowanie dwurzędowego złącza 20-stykowego lub wiązki przewodów. Przewody podłączeniowe mikrofonu powinny być ekranowane i możliwie krótkie. OPIS WYPROWADZEŃ MODUŁU MART-02 Wszystkie sygnały adresowe A0 A7 oraz sterujące PLAYE, PLAYL, REC, RECLED i XCLK układów ISD są sygnałami cyfrowymi, przyjmującymi jedną z dwóch wartości poziomu: L * lub H *. ------------------------------ * Napięcie o poziomie L (w skrócie: poziom L) dla układów ISD oznacza napięcie o wartości 0 0,8V względem masy elektrycznej. Napięcie o poziomie H (w skrócie: poziom H) dla układów ISD oznacza napięcie o wartości 2,4V Vcc względem masy elektrycznej, gdzie Vcc - napięcie zasilania. W dalszym opisie będzie używany również zapis alternatywny dotyczący danego sygnału (wejścia/wyjścia) adresowego lub sterującego: nazwa sygnału = L, nazwa sygnału = H. 3
P1 - zasilanie +4,5 +5,5V P2 - wejście zewnętrznego sygnału taktującego XCLK. Sposób wykorzystania tego sygnału został opisany w katalogach firmy ISD. W przypadku niewykorzystywania zewnętrznego taktu, wejście należy podłączyć do masy elektrycznej. P3 - wyjście do podłączenia diody LED, sygnalizującej proces zapisu (opcjonalnie). Wyjście to jest sterowane sygnałem na końcówce RECLED układu ISD. Podczas zapisu (REC =L) dioda LED świeci się. Podczas odczytu sygnał RECLED znajduje się początkowo na poziomie H. W momencie wykrycia wewnętrznego znacznika końca komunikatu EOM, w sygnale tym pojawia się impuls o poziomie L i czasie trwania 12,5 lub 15,6 ms. P4 - wejście mikrofonowe (-) P5 - wejście adresowe A0 P6 - wejście adresowe A1 P7 - wejście adresowe A3 P8 - wejście adresowe A5 P9 - wejście adresowe A7 P10 - wyjście głośnikowe (+) P11 - wejście sygnału do zapisu z zewnętrznego źródła P12 - wejście sygnału REC wyzwalającego zapis poziomem sygnału (zapis jest inicjowany zboczem HL i trwa przez cały czas utrzymywania się poziomu L na tej końcówce) P13 - wejście mikrofonowe (+) P14 - wejście sygnału PLAYE wyzwalającego odtwarzanie nagranego komunikatu impulsem (odtworzenie w całości komunikatu przez podanie krótkiego impulsu o poziomie L; odtwarzanie jest inicjowane zboczem HL impulsu) P15 - wejście sygnału PLAYL wyzwalającego odtwarzanie nagranego komunikatu poziomem sygnału (odtwarzanie jest inicjowane zboczem HL i trwa przez cały czas utrzymywania się poziomu L na tej końcówce) P16 - wejście adresowe A2 P17 - wejście adresowe A4 P18 - wejście adresowe A6 P19 - (-) zasilania (masa elektryczna) P20 - wyjście głośnikowe (-) 4
Należy zwrócić uwagę na fakt, że sygnały akustyczne na obu wyjściach głośnikowych posiadają składową stałą napięcia równą ok. 1,5V oraz są względem siebie przesunięte w fazie o 180. UWAGA: Zwarcie wyjść głośnikowych (punkty P10 i P20) ze sobą lub do masy elektrycznej grozi uszkodzeniem układu scalonego. OPIS DZIAŁANIA Podstawowym trybem pracy układu jest tryb adresowy, który umożliwia zapis i odtwarzanie wielu niezależnych sygnałów dźwiękowych o łącznym czasie trwania maks. 16 s i pasmie 0,15 3,4 khz (dla ISD1416) lub maks. 20 s i pasmie 0,15 2,7 khz (dla ISD1420), w kolejnych komórkach pamięci analogowej podzielonej na 160 adresowanych wierszy (taka sama liczba wierszy w obu układach). Oznacza to, że można zapisać maks. 160 niezależnych komunikatów o czasie trwania 0,1 s przy zastosowaniu ISD1416 lub 0,125 s przy ISD1420. Aktualna liczba i czas trwania komunikatów zależy od wyboru ich adresów w przestrzeni adresowej pamięci. Adresowanie odbywa się w kodzie binarnym za pomocą 8 wejść adresowych A0 A7, według zasady przedstawionej w tabeli 1. Cyfrze binarnej 0 odpowiada w układzie napięcie o poziomie L, a cyfrze 1 napięcie o poziomie H. Należy pamiętać, że wyznaczony adres wskazuje zawsze na wiersz pamięci, od którego rozpoczyna się dana operacja. Dalsze wewnętrzne adresowanie kolejnych komórek pamięci odbywa się automatycznie bez udziału użytkownika (poprzez tzw. wskaźnik komunikatu MSP, niedostępny na zewnątrz). W momencie rozpoczynania operacji zapisu lub odtwarzania wskaźnik MSP uzyskuje wartość początkową, odpowiadającą wyznaczonemu adresowi. Dłuższe komunikaty automatycznie zajmują potrzebną liczbę kolejnych wierszy pamięci, do momentu zatrzymania procesu lub osiągnięcia końca pamięci. Możliwa jest również praca bez adresowania (tzw. tryby operacyjne), gdzie adresem początkowym jest zawsze początek pamięci układu (00000000), natomiast stan wejść adresowych nie jest traktowany jako adres, lecz określa rodzaj realizowanej funkcji. Od funkcji tych zależy z kolei wewnętrzne adresowanie pamięci. Przełączenie układu do pracy w trybach operacyjnych polega na podaniu napięcia o poziomie H na wejścia adresowe A6 i A7 (końcówki P18 i P9). Poszczególne tryby uruchamia się przez podanie poziomu H na określone wejścia adresowe, wg poniższego zestawienia: A0 = H - wskazywanie (wyszukiwanie) komunikatu (tylko przy odtwarzaniu), A1 = H - kasowanie wewnętrznego znacznika końca komunikatu EOM (tylko przy zapisie), A3 = H - zapętlanie komunikatu przy odtwarzaniu, A4 = H - adresowanie sekwencyjne, zachowanie bieżącej wartości wskaźnika pamięci MSP przy rozpoczynaniu danej operacji. 5
Tabela 1 Nr dziesiętny wiersza pamięci A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Czas początku operacji dla ISD1416 [s] Czas początku operacji dla ISD1420 [s] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,000 0,000 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0,100 0,125 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0,200 0,250......... 8 0 0 0 0 1 0 0 0 0,800 1,000......... 16 0 0 0 1 0 0 0 0 1,600 2,000......... 32 0 0 1 0 0 0 0 0 3,200 4,000......... 64 0 1 0 0 0 0 0 0 6,400 8,000......... 128 1 0 0 0 0 0 0 0 12,800 16,000......... 158 1 0 0 1 1 1 1 0 15,800 19,750 159 1 0 0 1 1 1 1 1 15,900 19,875 Można stosować kombinacje trybów operacyjnych, co wykorzystuje się do realizacji różnych funkcji układu. Wszystkie wejścia adresowe i sterujące na płytce drukowanej są wstępnie spolaryzowane do poziomu H. Polaryzację tych wejść do poziomu L można zmienić przez podanie z zewnątrz odpowiedniego sygnału o poziomie L, np. przez ich zwarcie do masy elektrycznej (pobór prądu przez te wejścia jest pomijalny). Po zakończeniu zapisu lub odtwarzania, moduł automatycznie przechodzi do stanu spoczynkowego, przy znacznie obniżonym poborze prądu ze źródła zasilania (zależnym od stanu wejść adresowych i sterujących). Same układy scalone ISD1416 lub ISD 1420 pobierają w tym stanie typowo prąd ok. 0,5 µa. Przed przystąpieniem do zapisu i odtwarzania należy, poprzez końcówki P1 P20, dołączyć elementy zewnętrzne, jakie pokazano na rys.1. Są to: - urządzenie zasilające ( bateria, zasilacz), - mikrofon elektretowy dający sygnał o napięciu ok. 20 mvpp, - głośnik 16 Ω, - dioda LED (prąd roboczy diody ok. 7 ma), - przyciski oznaczone na schemacie ODTWARZANIE1, ODTWARZANIE2 i ZAPIS. Schemat nie wyczerpuje wszystkich możliwości sterowania układami ISD14xx. W szczególności uruchomienie procesu zapisu lub odtwarzania może odbywać się nie za pomocą przycisków, lecz za 6
pomocą zewnętrznych sygnałów sterujących o określonych poziomach. Ponadto sygnały z wyjść głośnikowych można wykorzystać do wysterowania wzmacniacza akustycznego w celu uzyskania większej mocy. ADRESOWANY ZAPIS KOMUNIKATÓW ** Funkcja ta umożliwia zapis niezależnych komunikatów pod różnymi adresami. Łączny czas zapisu nie może przekroczyć 16 s (ISD1416) lub 20 s (ISD1420). Na wejścia adresowe A0 A7 podać adres według tabeli 1 (zapis rozpocznie się od wiersza pamięci o tym adresie). Uruchomić zapis przez podanie napięcia o poziomie L na wejście REC (końcówka P12), np. zewrzeć P12 z masą elektryczną za pomocą przycisku ZAPIS. Za pomocą mikrofonu dołączonego do końcówwek P13 i P4 nagrać komunikat. Nagrywanie jest inicjowane zboczem HL sygnału REC i trwa przez cały czas występowania poziomu L w tym sygnale. Zbocze LH powoduje zakończenie zapisu komunikatu. Jednocześnie koniec komunikatu zostaje oznaczony wewnętrznym znacznikiem EOM, wykorzystywanym przy odtwarzaniu. Zapis jest zatrzymywany również wtedy, gdy w jego trakcie zostanie osiągnięty koniec pamięci. Na wejścia adresowe podać następny adres w celu nagrania następnego komunikatu i powtórzyć proces. Należy zwrócić uwagę na to, aby zapisywane komunikaty nie zachodziły na siebie w przestrzeni adresowej układu, gdyż zakłóci to proces ich odtwarzania (komunikaty zachodzące na siebie będą potraktowane jako jeden, przy czym komunikat nagrany później kasuje poprzedni w ich części wspólnej). Zapis jest sygnalizowany świeceniem diody LED dołączonej do końcówki P3. --------------------------------- ** Podczas realizacji opisanych funkcji należy zachować kolejność wymienionych czynności. W szczególności poziom napięcia na liniach adresowych powinien być ustalony przed podaniem sygnałów na wejścia sterujące PLAYL, PLAYE i REC. 7
Do zapisu można również wykorzystać sygnał akustyczny, doprowadzony do wejścia ANA IN z zewnętrznego źródła, np. magnetofonu, tunera, generatora, karty dźwiękowej komputera itp. poprzez końcówkę P11. Obwód mikrofonowy może być wtedy pominięty. Zapis posiada priorytet nad odtwarzaniem, tzn. zainicjowanie zapisu podczas odtwarzania komunikatu powoduje przerwanie odtwarzania i zapisanie komunikatu pod tym adresem. ADRESOWANE ODTWARZANIE KOMUNIKATÓW WYZWALANE POZIOMEM Są możliwe dwa sposoby odtwarzania niezależnych komunikatów zapisanych pod różnymi adresami. Aby je zrealizować należy: Na wejścia adresowe A0 A7 podać adres początku komunikatu (odtwarzanie rozpocznie się od wiersza pamięci o tym adresie). Zainicjować odtwarzanie przez podanie napięcia o poziomie L na wejście PLAYL (końcówka P15), np. zewrzeć P15 z masą elektryczną przyciskiem ODTWARZANIE1. Odtwarzanie odbywa się przez cały czas utrzymywania poziomu L na tym wejściu i kończy się z chwilą przywrócenia poziomu H (zbocze LH) lub z chwilą osiągnięcia końca zapisanego komunikatu lub końca pamięci. ADRESOWANE ODTWARZANIE KOMUNIKATÓW WYZWALANE IMPULSEM Na wejścia adresowe podać adres komunikatu. Zainicjować odtwarzanie przez podanie na wejście PLAYE (końcówka P14) impulsu wyzwalającego o poziomie L i czasie trwania krótszym od czasu trwania odtwarzanego komunikatu, lecz nie krótszym niż 300 ns (np. zewrzeć na chwilę końcówkę P14 z masą elektryczną przyciskiem ODTWARZANIE2). Proces odtwarzania jest inicjowany zboczem HL impulsu. Komunikat zostanie odtworzony w całości, tzn. do momentu napotkania znacznika EOM. TRYBY OPERACYJNE (BEZADRESOWE) 1. Zapętlanie komunikatów. Jest to tryb pracy umożliwiający ciągłe powtarzanie pojedynczego komunikatu, nagranego od początku pamięci. Na wszystkie wejścia adresowe podać napięcie o poziomie L. 8
Nagrać jeden komunikat o czasie trwania maks. 16 s (ISD1416) lub 20 s (ISD1420), jak to opisano wcześniej. Na wejścia adresowe A6 i A7 podać napięcie o poziomie H, co spowoduje przełączenie układu na pracę w trybach operacyjnych. Na wejście adresowe A3 podać napięcie o poziomie H. Uruchomić odtwarzanie poziomem (ODTWARZANIE1) lub impulsem (ODTWARZANIE2) metodami opisanymi wcześniej (nie zmieniając stanu linii adresowych). Zapisany komunikat będzie powtarzany: w pierwszym przypadku do chwili przywrócenia poziomu H na wejściu PLAYL, a w drugim przypadku do momentu wyłączenia zasilania układu. 2. Zapis sekwencyjny. Jest to tryb pracy umożliwiający zapisywanie wielu komunikatów kolejno po sobie, bez konieczności adresowania każdego z nich. Istnieją dwie metody tego zapisu, opisane poniżej. Zapis sekwencyjny metodą łączenia komunikatów Komunikaty są zapisywane kolejno, od początku pamięci i łączą się tworząc całość, która w procesie odtwarzania jest traktowana jako jeden zapis. Na wejścia adresowe A1, A4, A6 i A7 podać napięcie o poziomie H, a na pozostałe wejścia adresowe napięcie o poziomie L. Nagrać pierwszy komunikat, podając napięcie o poziomie L na wejście REC. Zapis zakończyć przez przywrócenie poziomu H na tym wejściu. Nie zmieniając stanu wejść adresowych nagrać w ten sam sposób drugi i ewentualnie następne komunikaty. Zapis sekwencyjny metodą rozdzielenia komunikatów Komunikaty są zapisywane jeden za drugim od początku pamięci, przy czym każdy kolejny komunikat jest zapisywany bezpośrednio za poprzednim. Komunikaty są niezależne od siebie, co daje efekt podobny jak przy zapisie adresowanym, jednak w tym przypadku adresy kolejnych komunikatów nie są znane. Podczas odtwarzania komunikaty nie są łączone. Na wejścia adresowe A4, A6 i A7 podać napięcie o poziomie H, a na pozostałe wejścia adresowe napięcie o poziomie L. Nagrać kolejne komunikaty tak, jak poprzednio. 3. Odtwarzanie komunikatów zapisanych sekwencyjnie. 9
Sposób I - odtwarzanie normalne Przy tym sposobie wskaźnik pamięci MSP jest zerowany, co powoduje, że każdy nowy proces odtwarzania rozpoczyna się od początku pamięci. a) Wyzwolenie poziomem sygnału Na wejścia adresowe A6 i A7 podać napięcie o poziomie H, a na pozostałe wejścia adresowe napięcie o poziomie L, Uruchomić odtwarzanie przez podanie napięcia o poziomie L na wejście PLAYL. W przypadku komunikatów zapisanych metodą łączenia, kolejne komunikaty będą odtwarzane jeden po drugim jako całość, przez cały czas trwania poziomu L na PLAYL, bądź do momentu zakończenia ostatniego komunikatu lub osiągnięcia końca pamięci. W przypadku komunikatów zapisanych metodą rozdzielenia będzie odtwarzany tylko pierwszy z nich, tak samo, jak przy odtwarzaniu adresowanym wyzwalanym poziomem, dla komunikatu o adresie 00000000. b) Wyzwolenie impulsem Wejścia adresowe spolaryzować tak, jak poprzednio. Uruchomić odtwarzanie przez podanie impulsu wyzwalającego na wejście PLAYE. W przypadku komunikatów zapisanych metodą łączenia, wszystkie zostaną odtworzone jeden po drugim jako całość. W przypadku komunikatów zapisanych metodą rozdzielenia, odtworzony zostanie w całości tylko pierwszy z nich, tak samo, jak przy odtwarzaniu adresowanym wyzwalanym impulsem, dla komunikatu o adresie 00000000. Sposób II - odtwarzanie sekwencyjne Przy tym sposobie odtwarzania wskaźnik MSP nie jest zerowany, co powoduje pamiętanie aktualnego miejsca odczytu pamięci i daje możliwość odtworzenia jej całej zawartości. 10
a) Wyzwolenie poziomem sygnału Na wejścia adresowe A4, A6 i A7 podać napięcie o poziomie H, a na pozostałe wejścia adresowe napięcie o poziomie L. Uruchomić odtwarzanie przez podanie napięcia o poziomie L na wejście PLAYL. Kolejne komunikaty zapisane metodą łączenia będą odtwarzane jako całość przez czas trwania poziomu L, bądź do momentu zakończenia ostatniego komunikatu lub osiągnięcia końca pamięci. Zatrzymanie odtwarzania, a następnie ponowne jego uruchomienie powoduje kontynuację tego procesu od miejsca zatrzymania. W przypadku komunikatów zapisanych metodą rozdzielenia odtwarzanie rozpocznie się od pierwszego z nich i będzie trwać do momentu przywrócenia poziomu H na PLAYL lub osiągnięcia końca komunikatu. Ponowne uruchomienie odtwarzania powoduje jego kontynuację od miejsca zatrzymania do końca bieżącego komunikatu lub miejsca ponownego zatrzymania. Powtarzając ten proces można odtworzyć kolejne komunikaty nie znając ich adresów. b) Wyzwolenie impulsem Wejścia adresowe spolaryzować tak, jak poprzednio. Uruchomić odczyt przez podanie impulsu wyzwalającego na wejście PLAYE. Wszystkie komunikaty zapisane metodą łączenia zostaną odtworzone jako jeden komunikat. Natomiast w przypadku komunikatów zapisanych metodą rozdzielenia, każdy kolejny impuls wyzwalający powoduje odtworzenie kolejnego komunikatu w całości. Powtarzając ten proces można odtworzyć kolejne, niezależne komunikaty nie znając ich adresów. Jeżeli podczas odtwarzania sposobem II zostanie osiągnięty koniec pamięci, to odtwarzanie będzie zatrzymane, a układ przestanie reagować na ponowne wyzwolenie. Jest to spowodowane brakiem zerowania wskaźnika komunikatu MSP w tym trybie pracy i niemożnością powrotu na początek pamięci. Z tego stanu można go wyprowadzić bądź przez chwilowe wyłączenie zasilania, bądź przez przywrócenie poziomu L na wejściu adresowym A4 (przełączenie na sposób I) i ponowne wyzwolenie odtwarzania. 11
4. Wyszukiwanie komunikatu do odczytu. Funkcja ta umożliwia wyszukanie dowolnego komunikatu (spośród kilku zapisanych metodą adresową lub w trybie zapisu sekwencyjnego metodą rozdzielenia komunikatów ) bez konieczności podawania jego adresu. Do zrealizowania tej funkcji potrzebna jest jedynie znajomość, którym w kolejności komunikatem jest poszukiwany. Na wejścia adresowe A0, A4, A6 i A7 podać napięcie o poziomie H, a na pozostałe wejścia adresowe napięcie o poziomie L. Do wejścia sterującego PLAYE doprowadzić impulsy przesuwające o poziomie L i czasie trwania 300 ns 10µs; każdy taki impuls powoduje "przeskok" o jeden komunikat do przodu (bez jego odtwarzania) i wskazanie następnego komunikatu. Na wejście A0 podać napięcie o poziomie L (zakończenie procesu wyszukiwania). Odtworzyć wskazany komunikat przez podanie impulsu wyzwalającego o poziomie L na PLAYE. Kolejne impulsy wyzwalające spowodują odtworzenie kolejnych komunikatów, natomiast ponowne zainicjowanie wyszukiwania ( podanie poziomu H na wejście A0) spowoduje wznowienie opisanego wyżej procesu od miejsca zakończenia ostatniego odtworzonego komunikatu. PODSTAWOWE DANE TECHNICZNE MODUŁU MART-02 Zasilanie: +4,5 5,5V. Czas zapisu: 16 s (dla ISD1416) lub 20 s (dla ISD1420). Trwałość zapisu: 100 lat - zapis nieulotny po odłączeniu zasilania. Maksymalna częstotliwość zapisywanego sygnału: 3,4 khz dla ISD1416 i 2,7 khz (dla ISD1420). Moc akustyczna: 12 mw przy oporności głośnika 16 Ω. Napięcie sygnału do zapisu z zewnętrznego źródła: maks. 50 mvpp. Wejścia mikrofonowe przygotowane do podłączenia dowolnego mikrofonu elektretowego dającego sygnał o napięciu maks. 20 mvpp. Moduł MART-02 umożliwia realizację jeszcze wielu innych funkcji, będących pochodnymi fukcji opisanych wyżej. Sposób ich wykorzystania zależy od pomysłowości użytkownika. 12