Цифровой диктофон (стр. 2 из 2)

- АЦП;

- выходных цепей;

- ЦАП;

- контроллер записи/чтения;

- блок питания;

- тактового генератора;

- энергонезависимой памяти;

- блок индикации и управления.

Блок входных цепей соединяется информационной связью с блоком АЦП, который в свою очередь соединяется информационной связью с блоком энергонезависимой памяти и управляющими связями с тактовым генератором и блоком контроллера записи/чтения.

Блок выходных цепей соединяется информационной связью с блоком ЦАП, который в свою очередь соединяется информационной связью с блоком энергонезависимой памяти и управляющими связями с тактовым генератором и блоком контроллера записи/чтения.

Контроллер записи/чтения соединяется управляющей связью с энергонезависимой памятью.

Блок питания соединяется со всеми блоками.

Блок входных цепей обеспечивает усиление входного сигнала от микрофона и ограничение верхней частоты входного сигнала до 4 кГц.. Усиленный сигнал поступает на АЦП где преобразуется по сигналам от тактового генератора в кодовые отсчеты по уровню, представленные в двоичном коде. Кодовые отсчеты поступают в энергонезависимую память, где посредством контроллера записи/чтения происходит их запись. Контроллер записи/чтения формирует необходимые сигналы для записи и чтения из энергонезависимой памяти. В свою очередь, он получает управляющие сигналы от блока индикации и управления.

При воспроизведении голоса происходит выборка кодовых отсчетов из энергонезависимой памяти и подача их на ЦАП, где и происходит их преобразование в аналоговый сигнал.

Блок выходных цепей обеспечивает усиление выходного сигнала и ограничение верхней частоты выходного сигнала до 4 кГц, для того чтобы избавиться от высокочастотных гармоник в выходном сигнале, появляющихся при квантовании.

Блок питания необходим для обеспечения питания всех блоков диктофона.

3. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Устройство состоит из следующих функциональных элементов (см. схему электрическую функциональную ПГУ9.901.012.001.Э2): MCU-контроллер на базе микропроцессора, выполняющий функции управления устройством. В состав MCU также входят АЦП и ЦАП, поэтому микроконтроллер также выполняет функции оцифровывания аналогового сигнала и преобразования цифровых кодов в аналоговый сигнал. Усилители U1 и U2 предназначены для усиления аналоговых сигналов и ограничения верхних граничных частот этих сигналов до 4 кГц. Микрофон MIC и динамик SPK предназначены соответственно для ввода и воспроизведения голосовой информации. Генератор опорного напряжения U3 формирует опорное напряжение для встроенного АЦП микроконтроллера MCU. Тактовый генератор G предназначен для тактирования всех внутренних схем микроконтроллера. Энергонезависимая память nvRAM предназначена для хранения всей записываемой голосовой информации. Блок клавиатуры KBDпредназначен для управления режимами устройства. Блок индикации LED предназначен для индикации режимов работы устройства.

Входной сигнал с микрофона MIC поступает на усилитель-фильтр U1, где он усиливается до размаха в несколько вольт и ограничивается верхней частотой до 4 кГц. С выхода усилителя-фильтра U1 сигнал поступает на вход встроенного АЦП AD0. Обработанный сигнал програмно записывается в nvRAM по линиям, предусмотренным протоколом SPI(см. рис.5).

Рис.5. Запись в память.

После окончания записи сигнал может быть прочитан из памяти микроконтроллером(см рис.6).

Рис.6. Чтение из памяти.

Микропроцессор MСU выдает через встроенный ЦАП сигналы на усилитель-фильтр U2, где они усиливаются и ограничиваются по верхней частоте до 4 кГц. В качестве ЦАП в микроконтроллере работает встроенный широтно-импульсный модулятор, который с помощью дифферинцирующих сигналов и интегрирующей цепи может восстановить форму исходного сигнала.

Рис.7. Восстановление сигнала при помощи широтно-импульсной модуляции.

Отображение режимов работы устройства производят светоизлучающие диоды LED красного цвета свечения при высоком уровне сигнала на соответствующем выходе микроконтроллера.

4. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВА

При проектировании принципиальной схемы, учитывая анализ входных данных и требований к выполнению работы, базовой технологией выбора интегральных микросхем была выбрана КМОП, и в соответствии с этим был произведен выбор следующих элементов:

В качестве устройства управления выбран высокопроизводительный микроконтроллер RISC-архитектуры серии AVRфирмы AtmelAT90S8535. Он обладает встроенной памятью программ объемом 4096 слов и памятью данных 512 байт. Любая его команда выполняется за 1 такт процессора. Тактовая частота 8 МГц [5].

На выполнение процессором программного кода для обработки и записи отсчетов, полученных от АЦП, потребуется до 20 мс, так что выбранный процессор вполне удовлетворяет требованию скорости работы и успевает обработать всю необходимую информацию.

Обеспечение протокола работы с памятью организуется тем же процессором прграмно - аппаратными методами, так как в микроконтроллере имеется аппаратная поддержка протокола SPI.

Для хранения записываемой информации выбрана FLASH ПЗУ AT45DB32 фирмы Atmel, объемом 32Мб.

5. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

УСТРОЙСТВА

Микропроцессор MCU (AT90S8535) управляет через порт В работой FLASH- памяти DD1(см. схему электрическую принципиальную ПГУ9.901.012.001.ЭЗ).Так как в процессоре имеется аппаратная поддержка SPI протокола, то микросхема памяти, работающая по этому протоколу непосредственно подключается к выводам микроконтроллера DD2 miso, mosi, sck.

В режиме хранения информации микроконтроллер и микросхема памяти переключаются в спящий режим- микроконтроллер путем выполнения специальной команды, а микросхема памяти путем удержания микроконтроллером сигнала #cs в высоком уровне.

Микросхема памяти и микропроцессор выполнены по КМОП - технологии, что позволяет их непосредственно питать от аккумуляторных батарей небольшой емкости, которые подключаются через разъем Х1.

Для обеспечения работы процессора на частоте 8 МГц применены элементы BQ1 - кварцевый резонатор и конденсаторы С8 и С9.

Опорное напряжение для АЦП берется напрямую с шины питания. Изменение его значения не приведет к структурному искажению сигнала, а только к его масштабированию.

К выходу широтно-импульсного модулятора подключена интегрирующая цепь С4, R1. Сигнал с нее подается на микросхему операционного усилителя DA2, охваченную частотно- зависимой отрицательной обратной связью.

Таким образом, на выходе мы получим сигнал следующей формы:

Рис.8. Восстановленный и усиленный сигнал

Сигнал от микрофона усиливается микросхемой DA1 и подается на вход АЦП. Усилитель DA1 также охвачен частотно- зависимой отрицательной обратной связью, для того чтобы ограничить верхнюю частотную границу входного сигнала до 4 кГц.

К порту С микроконтроллера подключаются кнопки управления и светодиоды для индикации режимов работы устройства.

К разъему Х1 подключается аккумуляторная батарея для питания устройства. Конденсаторы С1 и С2 служат для сглаживания пульсаций по цепи питания, которые могут возникнуть при протекании динамических процессов внутри микросхем.

6. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА

Устройство изготавливается в миниатюрном корпусе на основе обычного диктофона и собирается на печатной плате, при разработке которой желательно придерживаться следующих параметров:

1) толщина платы должна быть 1,6 мм ± 0,2 мм (с учетом толщины фольги);

2) коробление платы не должно превышать 1,3 мм на всей длинеплаты.

Размер печатной платы устройства должен быть сопоставим с размером диктофона и располагаться внутри корпуса недалеко от микрофона обеспечения минимальной длины проводников соединения и соответственно минимального уровня внешних наводок.

Печатная плата (ПП) является основной конструкцией, объединяющей в себе все элементы. В качестве материала основания ПП применяется гетенакс, стеклотекстолит.

Высота элементов на плате по возможности должна быть не более
10 мм. После монтажа радиоэлементов и пайки для повышения надёжности печатной платы, на основание платы наносится защитное покрытие. Основная цель покрытия - предотвратить возникновение на плате
продуктов коррозии, способных проводить ток. В качестве материала
для защиты покрытия используют электроизоляционные лаки.

Применительно к ПП, изготовленной в условиях сборки и монтажа на гибких производственных системах, выдвигаются следующие требования:

1) ПП должна быть прямоугольной формы с соотношением сторон не более чем 1:2. Это необходимо для обеспечения достаточной надежности. ПП при воздействии на нее механических усилий со стороны автоматической укладочной головки.

2) Для фиксации платы на координатном столе сборочного автомата в конструкции ПП должны быть предусмотрены базовые фиксирующие поверхности, от которых производится отсчет координат монтажных отверстий или контактных площадок.

3) ПП должны иметь зоны свободные от элементов для фиксации их

в направляющих координатного стола сборочного автомата.

4) Толщина токопроводящего слоя меди 18 мкм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанных теоретических исследований и работы над поставленной задачей была разработана структурная, функциональная и принципиальная схема цифрового диктофона для записи голосовой информации в течении 1 часа. Спроектированное устройство обладает следующими достоинствами: высокая надежность хранения записанной информации, высокая надежность самого устройства вследствии отсутствия движущихся механических деталей; звуковое сопровождение «нажатий» клавиш; удобство работы с диктофоном.

Таким образом, устройство для записи голосовой информации можно с высокой эффективностью применять взамен «традиционных» диктофонов и при соответствующей маркетинговой политике данное устройство будет пользоваться большим спросом на рынке информационных технологий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Интернет журнал «Computer Preview»: www.cr-win.irkutsk.ru

2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. - С.-Петербург: Издательство «Питер Ком» 999. -816с.

3. Аванесян Г. Р., Левшин В. П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ: Справочник. - М.: Машиностроение, 1993

4. Воробьёв Е. П., Сенин К. В. Интегральные микросхемы производства СССР и их зарубежные аналоги - М.: 1990

5. Web-site корпорацииAtmel.: www.atmel.com