Отчет по практике: Проектування нових типів цифрових диктофонів
Рисунок 1.2 - Схема електрична структурна
Уведення даних виконується через стандартний АТА/IDE-інтерфейс від стандартного HDD (випробувані Conner, Fujitsu, Hitachi, IBM, Maxtor, Quantum, Seagate, Toshiba від 810 МБ до 10 ГБ), розміченого у файловій системі FAT32. Керування режимами (Play, Stop, Prev, Next, Mute, Volume Up, Volume Down, Normalize, Reset) можливо як за допомогою найпростішої кнопкової станції, так і через RS-232 або ІКДУ (IR Interface) інтерфейси. Для вибору композицій й іншої інформації застосовується РКІ 2 рядка по 16 знаків.
Керування всіма даними здійснює мікроконтролер Atmel AT90S8515SP (IC1)
Конструктивно YAMPP-З виконаний на друкованій платі 105x70 мм, що збігається по розмірах і розташованой безпосередньо збоку 2,5-дюймового "вінчестера. Весь пристрій споживає від джерела напругою 5 Уструм 350 ма й разом з вінчестером має габарити 105x70x30 мм [2].
1.1.3 Цифровийодночіповий диктофон
Цифровийодночіповий диктофон, схема якого наведена нарисунку 1.3, виконує запис і відтворення звуку від електретного мікрофона MIC протягом 16 секунд. Він зібраний на ІМС IC1 ISD1416 Integrated Storage Device, що містить убудований мікрофоннийпредпідсидювач із АРУ, АЦП (частота дискретизації 8 кгц) і 128До енергонезалежної пам'яті, коженосередок якої здатна запам'ятовувати 256 рівнів (а не два, як у простий бінарній). Є також й УМЗЧ. Запис включається кнопкою S1, а відтворення - S2.
У режимі відтворення на середній гучностіпристрій споживає 25 ма, а в режимі зберігання - усього 90 мка, тому для його живлення придатні два літієвих елементи CR2032 [3].
Рисунок 1.3 - Схема електрична принципова
1.2 Розробка схеми електричної структурної
Розроблювальний пристрій є сукупністю декількох частин, які повинні взаємодіяти між собою й тому, починаючи описувати структуру диктофона потрібно почати із самого головного елемента - мікроконтролера (МК), що бере на себе обов'язку керування за частинами схеми. Також варто сказати, що вхідні дані надходять на обробку в МК в аналоговому виді, тобто потрібно АЦП.
Зробивши огляд аналогічних схем можна виділити деякі функціональні вузли, що забезпечують функціонування пристрою даного типу. Для почала сигнал, тобто звукову хвилю, потрібно перетворите в електричний імпульс, а це можна зробити за допомогою мікрофона. Після перетворення слабкий імпульс повинен підсилитися до рівня нормального для чутливості АЦП. Значить у вхідний ланцюг диктофона після мікрофона потрібно включити підсилювач. Але цього недостатньо, тому що слідом за звуковою інформацією, що передає потрібні дані для оцифровки, на мікрофон надходить шуми, різного роду перешкоди, що спотворюють і засмічують цифрове подання зовнішнього звукового сигналу. Послідовне включення фільтра дозволить знизити рівень перешкод і дасть можливість зменшити обсяг непотрібної інформації при записі в цифровому виді. Завдяки вхідному ланцюгу, що складається з мікрофона, підсилювача й фільтра на АЦП буде надходити сигнал на оцифровку.
Як говорилося раніше МК виконує роль керуючого пристрою, але без взаємодії користувача на пристрій буде важко змусити диктофон включати/виключати запис у потрібний час програвати записану інформація й т.д. Із цієї причини потрібно передбачити інтерфейс, що допоможе здійснити функції диктофона. Зовнішній інтерфейс повинен складатися із кнопок і світодіодів для уведення й відображення керуючої інформації. МК прямо взаємодіє із зовнішнім інтерфейсом, що дозволяє приймати зовнішні команди й відразу відображати стан виконання цих команд.
Для зберігання оцифрованого звуку потрібне наявність пам'яті. Найкраще, що б пам'ять була енергонезалежною. МК робить оцифровку звуку й відразу повинен записати ці дані в пам'яті, для цього підійде прямий зв'язок з пам'яттю.
Диктофон буде мати функцію відтворення, а значить на структурної схему повинна бути присутнім вихідний ланцюг зі своїм фільтром і підсилювачем, але на відміну від вхідної замість мікрофона буде динамік. На цьому можна завершити поверхневий аналіз майбутньої системи.
Схема електрична структурна наведена на рисунку 1.4.
Рисунок 1.4 - Схема електрична структурна
1.3 Вибір напрямку дипломного проектування
Виконавши огляд аналогічних схем і розробивши схему електричну принципову наступним етапом буде вибір елементної бази, після чого варто розробити схему електричну принципову.
Тому що головним елементом схему буде МК, те варто написати відповідне програмне забезпечення, для найбільш повного й правильного функціонування.
При проектуванні мікроконтролерних систем часто починаючі розроблювачі недооцінюють важливість початкових етапів розробки, побудови концепцій роботи системи в цілому. Такі поспішні роботи, як правило, допомагають освоїти конкретний мікроконтролер, на не дозволяють проектувати систему як єдину структуру (для розв'язуваного завдання). Окремий мікроконтролер як функціональна мікросхема вже нікому не цікава. У будь-яку систему необхідно закласти не тільки функції керування периферійним устаткуванням, але й побудувати деякий інтелект, що виправдує використання мікроконтролера, а не ПЛИС (програмувальної логічної матриці).
Мікроконтролерні системи будуються на базі деяких законів, які не настільки складні в розумінні, щоб винаходити їх заново. По цьому рекомендую пройти всі етапи від першого до останнього кроку, щоб не упустити того, чого поки ще не знав.
Необхідно розробити автономний пристрійз батарейним живленням, яке б записувало голосову інформацію в плині 4 1/4 години. Пристрій повинне забезпечувати довгострокове зберігання записаної інформації при вимиканні живленняпристрою. Необхідно передбачити індикацію режимів роботи цифрового диктофона, а також органи керування режимами пристрою.
Тому що інформація повинна вводитися й перетворювати для зберігання в цифровий вид, то необхідно застосуватиАЦП й оцифровувати сигнал по методу імпульсно-кодової модуляції, суть котрої полягає в наступному.
Який вибрати квант часу - про це нам скаже теорема Котельникова, що говорить, що для точного відновлення періодичного сигналу нам необхідно взяти мінімум два відліки за період. Таким чином, якщо прийняти верхню частотну границю людського голосу, при якому він добре помітний за 4 кгц (у стандарті по передачі голосової інформації в телефонних лініях це число- 3,6кгц), те частота квантування за часом (дискретизації) складе 8 кгц.
Що стосується квантування за рівнем - те можна обмежитися 256 рівнями для забезпечення гарної якості (у сучаснихцифровихАТСвикористаються від 32 до 256 рівнів). Таким чином, можна застосувативосьмибітовийАЦП, що працює на частоті квантування 8 кгц.
Тому що зберігання інформації повинне вироблятися при виключеномуживленні, то як пристрійзберігання потрібно застосувати яку-небудь енергонезалежну пам'ять. Обсяг цієї пам'яті розрахуємо в такий спосіб: Тому що щосекунди записується 8000 відліків по 8 біт, що становить 8 кб, те в плинігодини нам необхідно буде записати 3600 Х 8 кб, що складе приблизно 29 Мб. Таким чином, застосувавши пам'ять ємністю 32Мб, ми забезпечимо потрібний час запису. Застосувавши ж при записі алгоритми архівації, ми зможемо записати в п'ятьразів більше інформації (якщо прийняти коефіцієнт стиску голосової інформації рівним 5).
Виходячи з вищесказаного, можна вирішити варту перед нами проблему забезпечення цифровогозаписуголосу в плині тривалого часу.