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1、十秒录音电路设计与仿真 【摘要】本设计主要的内容是十秒录音电路的设计与制作。从设计原理到印制版制作的整个流水过程都溶入其中，包括原理图的设计、PCB板的制作（元件布局，放置，布线等）、转印、腐蚀、插件、焊接元件、装配、调试、总结等过程。该电路的工作原理是选用ISD1110语音芯片，芯片采用CMOS技术，内含振荡器，话筒前置放大，防混淆滤波器，平滑滤波器，扬声器驱动及EEPROM阵列。VCCA和VCCD模拟和数字电源，分别连接至电源；地线也应分开，去偶电容要靠近芯片。PLAYL-电平触发放音，PLAYE-边沿触发放音，REC-录音，XCLK-外部时钟接地，MICREF-话筒参考，MIC-话筒。偶
2、合电容值和此端的10K决定了低频截止点。按下S3键，REC为低电平，芯片开始录音，此时RECLED亮，直至松开S3键或遇到EOM标志，录音完毕。信号存入64K模拟存储阵列，然后通过串行通道再经过滤波放大后，送到喇叭。本设计多用于喊话、叫卖等多种商业场所，该产品使用方便，因此受广大消费者喜爱，成本低利于制作。关键字：录音 设计 制作 ISD1110芯片目 录第一章引 言3第二章设计概述42.1 功能特性42.2 原理框图4第三章 设计原理与计算53.1 设计原理53.2 设计与计算83.2.1 电源的选择83.2.2 话筒的选择及连接83.2.3 扬声器的选择及连接83.2.4 操作模式的设置8
3、3.2.5 外围电路83.2.6录放按纽的设置8第四章 印制板制作94.1 Protel 2004背景94.2 制作过程94.2.1绘制原理图94.2.2绘制特殊元件符号和封装图104.2.3绘制PCB板图104.3 制作PCB板114.4 元件的焊接11第五章 电路仿真125.1 仿真步骤125.2 故障分析及排出方法125.3 仿真过程及效果135.4 达到的技术指标135.5 电路的时序图14第六章 心得体会15参考文献17致 谢18附 录19第一章 引 言电子信息技术发展百多年来有着突飞猛进的飞跃，从没有到有，简单到复杂，庞大的体积已经越来越小，随着集成电路和超大规模集成电路的应用，早
4、已经使我们的电子行业产业化，商业化，企业化，工厂化。在中国，电子信息行业已经在国家经济发展中占据最重要的一块，对国民经济的发展起着主导作用，不管是军事还是民营的发展都离不开它的发展。在发达国家更是如此，甚至将电子信息工程展现得淋漓尽致，千姿百态。它已经成为现代国民经济增长的主要驱动力量，也是衡量一个国家现代化与综合国力的重要标志。从1878年1月爱迪生制造出了第一代声音载体和第一台商品留声机锡箔唱筒开始，到现在的录音机、录音笔、DVD机、摄像机、录音棚等产品的诞生，录音技术已达到了相当高的水平，广泛应用于航天、航空、医学、汽车、通讯、电子、人工智能等各个领域。本设计-十秒录音电路就是千千万万电
5、子产品中的一员，它也在国家的发展，社会的进步中起着一定的作用。十秒录音电路虽然只有短短的十秒录音时间，但它的作用也不能忽略。它可广泛用于喊话，商业叫卖等多中场合，能记录重要短暂的语音资料。能被很多儿童玩具中的录音模块所采用，在一些音乐贺卡，电子音乐礼品中使用尤为广泛。如今，录音已经成了人们生活的一部分，一门需要我们了解的艺术。第二章 设计概述2.1功能特性ISD系列集成电路是美国ISD公司生产的，ISD1110语音芯片采用多电平直模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语言、音乐、音调各效果，避免了一般同样录音电路因量化和压缩造成的量化噪音
6、和“全尾声”、采样频率从5.3KHz, 6.4KHz到8.0KHz对音质仅有轻微影响。该芯片内含64K/128KEEPROM存储器、噪音的话筒前置放大器和自动增益调节电路(AGC)。它具有全能片微型化，使用方便，语音任意录播放，断电语音保存。微功耗，直推喇叭，音质功耗仅0.5mA。并唯一的录音控制和边缘电平触发两种方音控制。片内信息与磁带效果相当。其录音时间为10秒。芯片内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器、驱动器及EEPROM阵列。最小的录放元件仅需麦克风、喇叭、三个按钮、电源及少数电阻、电容。片内信息断电可保存100年，EEPROM单片可反复录音十万次。
7、2.2原理框图本设计的基本逻辑框图：第三章 设计原理与计算3.1设计原理 ISD1110语音芯片采用多电平直模拟量存储专利技术，易于使用，无需编程及开发系统，可随意改变录放内容，录放时间10秒，工作电压4.56.5V，静态电流0.5A，工作电流25mA。芯片内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器、驱动器及EEPROM阵列。最小的录放元件仅需麦克风、喇叭、三个按钮、电源及少数电阻、电容。每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，永久性存储信息，可录放音十万次，存储语音可保留一百年。因此能够非常真实、自然地再现语言、音乐、音调各效果，避免了一般同样录音电路因量
8、化和压缩造成的量化噪音和“全尾声”、采样频率从5.3KHz, 6.4KHz到8.0KHz对音质仅有轻微影响。电源(VCCA, VCCD)：芯片内部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上，这样可使噪声最小。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芯片。地线(VSSA, VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。录 音 (/REC)：低电平有效。只要/REC变低(不管芯片处在节电状态还是正在放音)，芯片即开始录音。录音期间，/REC必须保持为低。/REC变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信
9、息结束标志(EOM)，使以后的重放操作可以及时停止。之后芯片自动进入节电状态。注：/REC的上升沿有50毫秒防颤，防止按键误触发。边沿触发放音(/PLAYE)：此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE。电平触发放音(/PLAYL)：此端从高变低时，芯片开始放音。放音持续至此端回到高电平，或遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。注：放音过程中当遇到EOM或内存结束时，如/PLAYE或/PLAYL仍处在高电平，芯片虽然也会进入节电状态(内部震荡器和时钟停止工作)，但是由于芯片没有对/PLAYE和
10、/PLAYL的上升沿进行消颤，随后在这两个引脚上出现的下降沿(释放按键时的抖动)都会触发放音。 录音指示(/RECLED)：处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出一个低电平脉冲。话筒输入(MIC)：此端连至片内前置放大器。片内自动增益控制电路(AGC)将前置增益控制在-15至24dB。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10K输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。话筒参考(MIC REF)：此端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。自动增益控制(AGC)：AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化
11、，使得录制变化很大的音量(从耳语到喧嚣声)时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的5K输入阻抗和外接的对地电容(即线路图中的C6)的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻(即线路图中R5和C6)的时间常数。470 K和4.7uF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。模拟输出(ANA OUT)：前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端的电平。模拟输入(ANA IN)：此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的3K输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端。喇叭输出(SP+,SP-)：这对输
12、出端能驱动16 以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高至4倍。录音时，它们都呈高阻态；节电模式下，它们保持为低电平。外部时钟(XCLK)：此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录放时间。商业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在2.25%内，并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如前表所示。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
13、入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。地址(A0-A7)：地址端有两个作用，取决于最高(MSB)两位A7、A6的状态。当A7或A6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只作输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC的下降沿锁存。（注：1100系列的/REC, /PLAYL, /PLAYE, A6和A7端内部被上拉到VDD，A0-A5内部被下拉到VSS，上拉/下拉阻值在50K至100K，除此之外，各引脚与1200/1400完全相同。电路设计中，这些端的外围上/下拉电阻可省略，但需要仔细考虑对静态电流的影响。）3.2
14、设计与计算3.2.1 电源的选择电源是电子产品中一个组成部分，为了使电路性能稳定，往往还需要稳定电源。本设计选用的是5V直流开关稳压电源。选取电压范围在4.56.5V之间。3.2.2 话筒的选择及连接话筒的作用是将由声音产生的空气波动和压力转换成适合电子器件使用的波动电平信号。话筒可分为很多种，本设计所选取的话筒为驻极体话筒。通过隔离电容分别连接在ISD1110的17、18脚。3.2.3 扬声器的选择及连接扬声器作为本设计的输出端，由于本设计只需要对声音进行录、抹、放音所以对它的音质、形状大小等并没有特殊的要求，只需要它的阻值在16左右就可以了。分别连接在ISD1110的14、15脚。3.2.
15、4 操作模式的设置将A7-A0全部接地，释放所有地址，从首地址开始连续放音。3.2.5 外围电路自动增益控制端（AGC）接RC积分电路，供时间常数决定其响应时间，经调试取470K和4.7uF。3.2.6 录放按钮的设置设置了S1、S2、S3，三个轻触按钮，其中S3是录音按钮，S1是电平触发放音按钮，S2是边沿触发按钮。第四章 印制板制作4.1 Protel 2004背景Protel 2004是澳大利亚Protel Technology 公司于2001年推出的具有PDM功能的强大EDA综合设计环境的一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易懂，使用该软件设计者可以容易地设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、层次原理图设计、报表制作、画元件封装、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是业内人士首选的电路板设计工具。使用电脑设计电路原理图和电路板图是把电子技术从理论应用到实际的第一步，在学习了模拟和数字电路之后，首先应该学的就是画电路图和电路板图。只有会设计电路原理图和电路板图才能进行电子产品的研究与开发。4.2 制作过程4.2.1 绘制原理图绘制原理图是产品设计的初步，在设计中，本环节显得格外重要，它影响
