REGISTRATORE/ RIPRODUTTORE - Adrirobot

Il modulo ISD1932Il cuore del registratore/lettoreè un integrato NuvotonISD1932 appartenente allafamiglia dei ChipCorder(progettata e prodotta peranni dalla ISD) montato suuna piccola basetta checontiene piste separate perle alimentazioni analogica edigitale, ognuna filtrata daappositi condensatori, maanche un microdeviatore checi permette di selezionare lamodalità di funzionamento.L’integrato e quindi il modulosi alimentano con unatensione continua di valorecompreso tra 2,4 V e 5,5 V.L’ISD1932 è un registratore/lettore comandabile con pulsantie capace di registrarefino a 64 secondi di parlato.In registrazione, campiona ilsegnale audio prendendonedei pezzi periodicamentee con una cadenza prestabilita,quindi ne collocai livelli in una memoriapermanente multilivello; lamemorizzazione è analogica,quindi non viene utilizzatoalcun A/D converter. Inpratica il campionatore fapassare il segnale audio conuna cadenza dipendentedalla frequenza di campionamento(che può esserecompresa tra 4 e 12 kHz); lostesso segnale che scandisceil funzionamento delcomparatore sincronizza lamemoria, in modo che ogniporzione venga inviata adessa e scritta nella locazioneseguente quella in cui èstata salvata la precedente.La memoria non è digitale, ossianon memorizza livelli logici: è astruttura MOS a gate fluttuante(tipo una EEPROM) e la tensioneapplicata al gate della celladetermina l’intrappolamento,nel gate fluttuante, di una quantitàdi carica proporzionale adessa, tale da comportare unaconducibilità del canale rapportataall’ampiezza del segnalecampionato. In riproduzione,un’apposita logica provvedea estrarre sequenzialmente ilivelli di tensione memorizzatinelle singole celle di memoria,con la stessa cadenza con laquale sono stati registrati, cosìda ricostruire l’audio originario.Un amplificatore interno alchip, dotato di uscita a ponte,permette di pilotare direttamenteun altoparlante da 16 o32 ohm collegato tra i piedini14 e 15 (pin 9 e 10 del moduloSparkfun). L’ingresso audiodell’ISD1932 è differenzialee fa capo ad un amplificatoremicrofonico, i cui punti dientrata sono i piedini 6 (MIC+)e 7 (MIC-) ovvero 21 e 22 delmodulo Sparkfun. La registrazionesi comanda portando azero logico il piedino 2 (/REC)allorché il campionatore iniziala digitalizzazione e memorizzala componente BF fin quandolo stesso pin non viene rilasciato,ovvero fino al termine dellospazio disponibile in memoria.Ogni volta che si verifica unatransizione 1/0 sulla linea /REC(pin 24, ovvero 16 del moduloSparkfun), l’integrato registra ilnuovo segnale e cancella eventualiregistrazioni preesistenti.La registrazione così comandataparte dalla prima locazione dimemoria. Volendo, è possibileregistrare in specifiche areedella EEPROM: allo scopo bisognadefinire, tramite le linee diindirizzo, l’intervallo di memoriada usare, poi dare alla linea /REC un impulso a zero logico.Le linee d’indirizzo sono S0÷S3per definire il punto d’inizio edE0÷E3 per specificare la locazionedi fine registrazione; tuttesono attive a livello logico bassoe provviste di pull-up interno.L’indirizzamento consente diripartire la memoria in 16 por-essa, potendo definire il punto dipartenza e quello di interruzione.Lo stesso circuito permette lariproduzione selettiva di alcunezone di memoria, ovvero didefinire cosa ascoltare. Il secondodispositivo, invece, ha già ripartitala memoria disponibile in ottosegmenti: per registrare o riprodurreuno di essi basta agire sulpulsante corrispondente dopoaver impostato il dip-switch chedefinisce l’azione voluta. Entrambisi possono utilizzare perrealizzare dei promobox, ossia iripetitori di messaggi promozionaliche troviamo inseriti in variesagome dentro e fuori dai negozie negli esercizi commerciali ingenere, nelle stazioni ferroviariee dovunque passino persone.Prima di vedere gli schemi deidue circuiti, spendiamo qualcheparola sull’integrato ISD1932:si tratta di un registratore/lettoredella serie ChipCorder ISD,comandabile con dei comunipulsanti e capace di registrarefino a 64 secondi di parlato. Inregistrazione, campiona il segnaleaudio prendendone dei pezziperiodicamente e con una cadenzaprestabilita, quindi ne collocai livelli in una speciale memoriamultilivello brevettata dall’alloraISD; la memorizzazione è analogica,quindi non viene utilizzatoalcun A/D converter. Ciò cheviene campionato qui è il segnaledi bassa frequenza applicatoall’amplificatore microfonico, cheè del tipo ad ingresso differenziale,i cui punti di entrata corrispondonoai piedini 6 (MIC+)e 7 (MIC-); i dati risultanti dalcampionamento vengono, infine,scritti nella memoria multilivello.In riproduzione, un’appositalogica provvede ad estrarre sequenzialmentei livelli memorizzatinelle singole celle di memo-26 Ottobre 2010 ~ Elettronica In

zioni. La riproduzione può essere ottenutain due modi: ponendo e mantenendo a zerologico la linea PLAYL (va avanti fin quandoPLAY non torna a livello alto); fornendo unimpulso a livello basso alla linea PLAYE. Inquest’ultimo caso si può interrompere lalettura in ogni momento, semplicementeapplicando un nuovo impulso a 0 logico. Siail campionatore che il convertitore lavoranousando come clock la frequenza generatadall’oscillatore interno al chip, che decide ladurata effettiva della registrazione o letturae, di riflesso, la qualità della registrazione.Dunque, più si alza la frequenza di campionamento,più estesa è la risposta infrequenza, ma, per contro, si accorcia il tempoa disposizione; viceversa, abbassandola frequenza del clock si aumenta il tempodisponibile, ma peggiora la qualità dellaregistrazione e dell’ascolto.Ciò perché i campioni di segnale BF vengonoprelevati ad intervalli maggiori e nellariproduzione il segnale presenta “buchi”temporali più lunghi. La durata di registrazioneè massima (64 secondi) ad unafrequenza di clock di 4 kHz e minima (21,3secondi) con un campionamento a 12 kHz.Oltre che dall’oscillatore interno, l’ISD1932può essere sincronizzato da un segnale diclock esterno: per usare l’oscillatore internobisogna che la linea /XCLK sia posta alivello logico alto; diversamente si disattival’oscillatore e il clock va fornito dall’esterno.ria, nello stesso ordine e con lamedesima velocità (salvo che nonvenga modificata la frequenzadi lavoro dell’oscillatore) con cuisono stati registrati; si ricostruisce,quindi, l’audio originario(quello registrato in precedenza)che un piccolo amplificatoreinterno con uscita a ponte puòrendere udibile mediante un altoparlanteda 16 o 32 ohm collegatotra i piedini 14 e 15.Per registrare si può procedere indue modi: il primo consiste nelportare a zero logico il piedino2 (/REC) che normalmente devestare a livello alto; facendo ciò, ilcampionatoreinizia ladigitalizzazionee memorizzala componenteBF fin quandolo stesso pin nonviene rilasciato. Pertutta la durata dellaregistrazione, l’uscita /LED (piedino 16) va a zero logico,poi torna a livello alto quando ilpin 2 viene riportato ad uno logico,oppure quando la registrazionetermina automaticamenteperché si è esaurita la memoriaa disposizione. Ogni volta chesi verifica una transizione 1/0sulla predetta linea /REC (pin24 dell’ISD1932 e 16 del moduloSparkfun da noi usato) l’integratoregistra il nuovo segnale ecancella eventuali registrazionipreesistenti. Il secondo modo perregistrare consiste nel definire,tramite le linee di indirizzo appositamentepreviste, l’intervallodi memoria in cui stivare l’audio;in questo caso la registrazionesi avvia dando alla linea /RECun impulso a zero logico. Lelinee per indirizzare la memoriasono S0÷S3 (piedini 4, 3, 2, 1)[schema elettrico UNITÀ INDIRIZZABILE]Elettronica In ~ Ottobre 2010 27

maggior potenza. L’uscita audioviene disattivata automaticamentedurante le fasi di spegnimento(ritorno a riposo) e registrazione,così da evitare che l’altoparlanteriproduca suoni casuali.Sia il campionatore che il convertitorelavorano usando come clockla frequenza generata dall’oscillatoreinterno al chip; quest’ultimodecide, quindi, la durata effettivadella registrazione o lettura e,di riflesso, la qualità dell’audioregistrato. Dunque, più si alza lafrequenza di campionamento, piùestesa è la risposta in frequenza,ma, per contro, si accorcia il tempoa disposizione (infatti a paritàdi durata dell’audio viene consumatomaggiore spazio in memoria,per avere una migliore definizione);viceversa, abbassando lafrequenza del clock, si allunga iltempo disponibile, ma a discapitodella qualità della registrazione edell’ascolto.Per l’ISD1932 il tempo nominalea disposizione è riferito a unacerta frequenza di clock, ottenutacon i valori suggeriti (vedere latabella nella pagina accanto) dellaresistenza di temporizzazioneesterna dell’oscillatore, che è quellaconnessa tra la linea ROSC (pin20 dell’integrato e 15 del moduloSparkfun) e massa.Il costruttore prevede una frequenzadi clock di valore compresotra 4 e 12 kHz, limiti cui, perl’ISD1932, corrispondono duratedi registrazione (e lettura) rispettivamentedi 64 e 21,3 secondi.Il clock consigliato è 8 kHz epermette la corretta riproduzionedella voce umana. Volendoapportare delle modifiche, la minimafrequenza di clock si ottienecon una resistenza di 160 kohm,mentre la massima la si ha con 53kohm. Siccome l’integrato prevedela possibilità di essere sincronizzatocon un clock esterno, perattivare l’oscillatore interno bisognache la linea /XCLK sia postaa livello logico alto; diversamentesi disattiva l’oscillatore e il clockva fornito dall’esterno.IL REGISTRATORE/LETTOREINDIRIZZABILEVediamo adesso com’è fatto ein che modo funziona il registratore/lettoreindirizzabile,premettendo che U1 è il moduloSparkfun contenente l’ISD1932:come notate dallo schema elettricocorrispondente, l’integratolavora con l’oscillatore interno(XCLK è fisso ad 1 logico) ed ilclock è deciso dalle resistenzeR1 ed R8; essendo la prima untrimmer, è possibile regolarea piacimento tra il minimo eil massimo clock e tempo diregistrazione. Va da sé che, perottenere una riproduzione fedelealla registrazione, non bisognacambiare la posizione del pernodell’R1 dopo aver effettuato laregistrazione; altrimenti si otterrebbeun ascolto a rallentatore oaccelerato. Abbiamo previsto lapossibilità di variare la frequenzadi clock per darvi la possibilità discegliere il miglior compromessotra tempo di registrazione (da 10a 35 secondi circa) e qualità diregistrazione/riproduzione. Inquesta applicazione il moduloSparkfun deve avere il deviatorespostato nella posizione Address,in modo da attivare la modalitàAddress Mode; in questa, i piedini/PLAYL, /PLAYE e /RECservono a gestire registrazione eriproduzione, mentre i pin 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8, sono gli indirizzi.Nel circuito troviamo i duepulsanti per l’attivazione dellaCorrispondenza tra l’indirizzo composto sulle linee S (partenza) ed E (fine) dell’ISD1932 e i relativi tempiper un clock di 8 kHz; nel nostro circuito a 0 corrisponde dip chiuso.Elettronica In ~ Ottobre 2010 29

Il computer parla arabo?Loquendo TTS, il software di sintesi vocale realizzato daLoquendo, società del gruppo Telecom Italia, da oggi potràparlare anche in arabo; questo idioma sarà la lingua numero30 del motore di sintesi vocale che da tempo viene usatoin servizi a risposta automatica come la consultazionedell’elenco abbonati e call-center delle più importanti aziende,ma anche nei navigatori satellitari e nelle stazioni. La nuovavoce maschile si chiama Tarik; quella femminile sarà attivatanella seconda parte dell’anno. Tarik parla il Modern StandardArabic, la lingua franca di circa 208 milioni di persone, parlatae scritta in tutto il mondo arabo. In concomitanza con questanuova funzione del suo software di sintesi vocale, Loquendo halanciato anche la nuova versione del TTS Director: il softwaredi riconoscimento vocale, grazie a un algoritmo per la gestionedella scrittura bidirezionale, visualizza automaticamente iltesto secondo l’orientamento corretto, da destra a sinistraper i caratteri arabi e viceversa per numeri e parole in linguaoccidentale.riproduzione parziale (/PLAYL,P3) o dell’intero messaggio (/PLAYE, one-shot, P2) oltre alcomando per la registrazione(/REC, P1). Dal 13 possiamoprelevare l’audio già amplificatodal piccolo finale contenutonell’ISD1932, pronto per pilotareun altoparlante di bassapotenza, connesso tra i piedini8 e 10, mentre il microfono (unacapsula electret preamplificata adue fili) con la sua rete di polarizzazioneè collegato ai pin 21e 22 mediante i condensatori didisaccoppiamento indispensabiliper separare in continua l’ingressodifferenziale da massa e dalpositivo di alimentazione.Gli indirizzi di partenza edarresto della registrazione sidefiniscono con i dip-switch,rispettivamente SW1 ed SW2, secondole tabelle visibili in questepagine; vale la regola che a dipaperto corrisponde 1 logico e adip chiuso, zero. In pratica ognidip ha un suo peso binario (perSW1 ed SW2 il quarto ha peso 1e il primo vale 8) e l’indirizzo èin realtà una frazione del tempototale a disposizione, componibilecombinando il valore binario;per l’esattezza, ogni unità binariavale 1/16 del massimo tempodisponibile. Quindi, ad esempio,lavorando con un clock di8 kHz e potendo contare su unmassimo di 32 secondi, se sonoaperti solo il primo e il secondodip, il valore espresso è 1+2=3,corrispondente a 3x2=6 secondi.Il punto di partenza più lontanoè pari alla zona di memoria cheparte da 30 secondi, ovvero dalpenultimo sedicesimo di memoria;per quanto riguarda il puntodi arresto, le considerazioni sonoanaloghe ma si parte dal secondosedicesimo e si arriva al penultimo,quindi con il solito clock di 8kHz con tutti i dip chiusi il valoreottenuto è zero, che corrispondea terminare dopo 2 secondi. Ilpiù lontano punto di arresto è 32secondi. Per registrare, bisognaimpostare gli indirizzi di partenzae fine (badando che il primodeve essere minore del secondo,altrimenti il circuito non inizia aregistrare alcunché) e poi premeree rilasciare il pulsante P1; perriprodurre, si fa altrettanto, peròbisogna premere P2 e rilasciarlose si desidera la riproduzioneone-shot, ovvero P3 se si vuoleinterrompere la registrazione alrilascio del pulsante stesso.Il circuito è completato da unalimentatore stabilizzato; iltutto funziona con una tensionecontinua, di valore compreso tra8 e 12 volt, applicata ai morsetti+ e - PWR: con il potenzialea valle del catodo del diodo diprotezione D1 (quest’ultimosvolge un’efficace protezione neiriguardi dell’inversione accidentaledi polarità) viene alimentatoil circuito integrato regolatore,ossia un 7805 cui è affidato ilcompito di ricavare i 5 volt necessaria far funzionare il moduloU1. Notate che non è previstoalcun interruttore di accensioneperché l’ISD1932 a riposo (cioèquando non viene premuto alcun30 Ottobre 2010 ~ Elettronica In

[piano di montaggio UNITÀ INDIRIZZABILE]tasto e non è in registrazione oriproduzione) consuma appena1 µA, quindi può sempre restarealimentato, perché la logica chelegge i pulsanti praticamentenon chiede corrente; ciò rende ilcircuito ideale per l’alimentazionea pile.REGISTRATORE/LETTOREAD 8 MESSAGGIPassiamo adesso a vedere loschema elettrico ed il funzionamentodel circuito ad ottomessaggi, nel quale il moduloU1 funziona nella modalitàDirect Mode, per ottenere la qualebisogna spostare il deviatore inposizione Direct. In questa modalitài piedini 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8servono a comandare la registrazioneo la lettura dei messaggi,rispettivamente, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8, a seconda dello stato del pin 16(/REC) cui è collegato il deviatoreSW2: spostando quest’ultimoverso il positivo di alimentazione,ogni volta che si preme uno deipulsanti si riproduce il messaggiocorrispondente, mentrespostandolo in modo che il pin16 sia a zero logico, la pressionedi un tasto attiva la registrazionenello spazio di memoria corrispondente.Nel circuito, dunque, bisognaprima scegliere la funzione voluta,quindi premere il pulsantecorrispondente al messaggio.Sebbene i pulsanti e i relativiingressi di comando siano otto,in realtà il numero di messaggi incui è ripartita la memoria vieneIl numero deimessaggi in cui puòessere ripartita lamemoria dipendedalla combinazionedei piedini FMC1,FMC2, FMC3, comeda tabella.secondi. ElencoPer Componenti:registrare, bisogna impostaregli indirizzi di partenzae R1: fine Trimmer (badando 100 kohm che il MO primodeve R2: 4,7 essere kohmminore del secondo,altrimentiR3: 4,7 kohmil circuito non inizia aR4: 4,7 kohmregistrare alcunché) e poi premereR5: 4,7 kohmR6:e4,7rilasciare il pulsante P1; perriprodurre, R7: 4,7 kohmsi fa altrettanto, peròbisogna R8: 56 kohm premere P2 e rilasciarlose C1: si 100 desidera nF multistrato la riproduzioneone-shot, C2: 100 µF ovvero 25 VL P3 se si vuoleinterrompere elettroliticola registrazione alrilascio C3: 100 del nF multistrato pulsante stesso.IlC4:circuito100 µFè25completatoVLda unelettroliticoalimentatore stabilizzato; il tuttoC5: 4,7 µF 63 VLfunzionaelettroliticocon una tensione continua,C6, C7: di 100 valore nF compreso tra 8 e12 volt, applicata multistratoai morsetti + e -PWR: U1: Modulo con il ISD1932 potenziale a valle delcatodo U2: 7805 del diodo di protezioneD1: (quest’ultimo 1N4007 svolge un’efficaceSW1: Dip-Switch protezione 3 nei vie riguardidell’inversioneSW2: Dip-Switchaccidentale5 viediP1, P2, P3: Microswitchpolarità) viene alimentato ilVarie:- Morsettiera 2 poli (3 pz.)- Strip femmina 2 poli (3 pz.)- Strip femmina 6 poli- Strip femmina 10 poli- Microfono- Altoparlante8 ohm/500 mW- Circuito stampatodeciso dal dip-switch, ovverodalla combinazione logica deipiedini 17, 18 e 20; quest’ultimoè l’XCLK e normalmente vienemantenuto ad 1 logico, perònella modalità Direct è inibitala sua funzione di impostazionecircuito integrato regolatore, ossiaun 7805 cui è affidato il compitodi ricavare i 5 volt necessari a farfunzionaredel clock esterno, ragion per cuil’ISD1932 può lavorare solo conl’oscillatore esterno. La tabellain basso in questa pagina spiegacome impostare il dip-switchper ottenere da 1 ad 8 messaggi(dip chiuso vale 0 e dip aperto,1). Resta inteso che se si impostaun massimo di quattro messaggi,sono attivi solo i pulsanti da P1a P4, mentre scegliendo cinquemessaggi sono disattivi P6, P7 eP8 ecc. La durata di ogni messaggiodipende dall’impostazionedel dip-switch ed è pari a quellacomplessiva divisa per il numerorisultante dalla combinazione deiElettronica In ~ Ottobre 2010 31

[piano di montaggio UNITÀ 8 MESSAGGI]dip, ovvero dei messaggi. Quindicon 8 messaggi e un clock di 8kHz, ognuno dura 4 secondi (8 seil clock è 4 kHz) e via di seguito.A parte queste note, il restodel circuito è identico a quellodel registratore/lettore indirizzabile,perciò valgono le stesseconsiderazioni fatte su ingressomicrofonico, altoparlante edalimentazione.REALIZZAZIONE PRATICAEntrambi i progetti proposti sirealizzano facilmente perchéElencoComponenti:R1: Trimmer 100 kohm MOR2: 4,7 kohmR3: 4,7 kohmR4: 4,7 kohmR5: 4,7 kohmR6: 4,7 kohmR7: 4,7 kohmR8: 56 kohmC1: 100 nF multistratoC2: 100 µF 25 VLelettroliticoC3: 100 nF multistratoC4: 100 µF 25 VLelettroliticoC5: 4,7 µF 63 VLelettroliticoC6, C7: 100 nFmultistratoU1: Modulo ISD1932U2: 7805D1: 1N4007P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7,P8: MicroswitchSW1: Dip-Switch 3 vieSW2: Deviatore a slittaVarie:- Morsettiera 2 poli (3 pz.)- Strip femmina 2 poli (3 pz.)- Strip femmina 6 poli- Strip femmina 10 poli- Microfono- Altoparlante8 ohm/500 mW- Circuito stampatousano componenti a montaggiotradizionale, sono composti dapochi elementi e per essi abbiamoprevisto basette a singolafaccia, quindi alla portata di tutti;per chi lo volesse, è comunquepossibile acquistare gli stampatigià pronti. Chi intendesse optareper l’autocostruzione, troverà letracce lato rame nel nostro sitowww.elettronicain.it.Indipendentemente da qual è ilcircuito scelto, una volta in possessodello stampato disponete icomponenti in ordine di altezza,seguendo, per l’orientamentodi quelli polarizzati, il disegnodi montaggio visibile in questepagine; per montare il moduloSparkfun, saldate su di esso dellefile di pin-strip a passo 2,54 mmognuna in corrispondenza di ungruppo di fori. Sullo stampato,nelle piazzole corrispondentimontate delle femmine SIL a passo2,54 mm adatte ad accogliere ipin-strip. La capsula microfonicaimpiegata nei due circuiti è deltipo a due fili e in essa il contattonegativo è l’elettrodo connessofisicamente all’involucro; fateattenzione anche all’orientamentodel regolatore, che vamontato con l’aletta metallicarivolta all’esterno della basetta.Per i collegamenti prevedetedelle morsettiere a passo 5 mm.Completato il montaggio, perl’alimentazione conviene dotareil circuito di una presa polarizzata(a strappo) per pile da 9 volt,alla quale collegherete una pilapiatta da 9 V; l’alimentazionepuò anche essere prelevata da unalimentatore stabilizzato capacedi fornire da 9 a 12 Vcc ed unagcorrente di almeno 100 mA.per il MATERIALETutti i componenti utilizzati in questidue progetti sono di facile reperibilità.Il master dei circuiti stampati puòessere scaricato gratuitamente dalsito della rivista (www.elettronicain.it). Il modulo digitale di registrazione,indicato nello schema come U1,può essere acquistato presso FuturaElettronica al prezzo di 19,00 EuroIVA compresa (cod. 7300-ISD1932).Il materiale va richiesto a:Futura Elettronica, Via Adige 11,21013 Gallarate (VA)Tel: 0331-799775 • Fax: 0331-792287http://www.futurashop.it32 Ottobre 2010 ~ Elettronica In