Hộp nói: Thiết bị phát lại và số hóa âm thanh CVSD

Thiết bị phát lại và số hóa âm thanh CVSD Tôi thiết kế mạch này vào năm 1985 vì tôi cô đơn và cần ai đó để trò chuyện. sẽ nói bất cứ điều gì tôi bảo nó nói. Hộp Nói Nghiêm túc mà nói, tôi đã kết nối nó với điện thoại của mình như một máy trả lời kỹ thuật số. Tôi đã có Thỏa thuận truy cập dữ liệu (DAA) của AT&T, đó là giao diện đường dây điện thoại và nó hoạt động rất tốt. Tôi đang chơi với âm thanh cảm ứng và cần độ trung thực tốt. Vì vậy, Dịch vụ Gia đình và Trẻ em của quận đã vô tình ghi số của tôi trên một số danh thiếp của họ. Tôi nhận được rất nhiều cuộc gọi, đặc biệt là vì tôi đang viết và đọc bài thơ rác rưởi tục tĩu của mình làm tin nhắn trả lời. Tôi đang nói chuyện hifi đấy em yêu! Tôi đã nhận được rất nhiều lời chứng thực về việc tôi được yêu mến đến mức nào. Về cơ bản, tôi đã tập rap trước cả rap vào năm 1985. “Xin chào, bạn đang gọi điện để bảo dưỡng cho con mình phải không?” có lẽ sẽ không phải là một lời chào chấp nhận được ngày hôm nay. Tôi đã viết một chương trình hợp ngữ trong trình biên dịch mã Z80 để quản lý các chức năng của thiết bị và sau đó tôi đã xây dựng một bảng điều hợp cắm vào ổ cắm thiết bị I/O nối tiếp của máy tương thích với PC IBM và thay thế thiết bị UART không đồng bộ bằng một phiên bản đồng bộ/đồng bộ phổ quát từ Intel, USART Intel 8251A. Sau đó, một người bạn tên là Tommy Cobb hay “thợ sửa giày” đã chuyển đổi mã Z80 của tôi thành bộ lắp ráp 8088 cho PC. Tôi không thể nhớ lần cuối cùng tôi nhìn thấy bộ chuyển đổi của mình cho bo mạch I/O nối tiếp IBM PC là khi nào. Không có tài liệu nào tôi biết. Và tôi dường như không thể tìm thấy Hộp Nói nguyên mẫu của mình nhưng chắc chắn nó ở đâu đó trong ngôi nhà này. Nó là một tác phẩm ăn ảnh và tôi muốn đưa một số bức ảnh vào đây, nhưng than ôi. Ngoài việc kết nối nó với điện thoại, phần mềm còn cho phép tôi chọn và phát lại một số vòng lặp thú vị để sử dụng như phạm vi lưu trữ âm thanh. Phát đoạn ghi âm ngược để nghe giọng nói của… à, đừng bận tâm. ☺ Dù sao đi nữa, tạp chí đã mua bài báo này và thực sự đã trả trước cho tôi một khoản khá hậu hĩnh cho nó. Tôi thực sự rất ấn tượng và chắc chắn có động lực. Quyền nối tiếp đầu tiên ở Bắc Mỹ. Đó có vẻ là một cách thực sự thú vị để kiếm sống vì tôi thích thiết kế, xây dựng, viết mã và viết. Có một số tác giả đã xuất hiện nhiều lần nên đó không phải là ý tưởng độc đáo. Sau đó, tạp chí ngừng xuất bản vào tháng 4 năm 1985 và bài báo không bao giờ được in. Cảm giác của tôi là vào thời điểm đó, ngành sản xuất máy in đã kết thúc, lượng khán giả có sở thích chế tạo nó đã bốc hơi. Đây là trước khi có Internet. Vì vậy, đây là bài viết được phục hồi như cũ. Hy vọng rằng bạn sẽ thích nó ngay cả khi nó đã lỗi thời. Đồ chơi điện vẫn duy trì tính tiện ích như những khái niệm ngay cả khi việc sử dụng chúng đã phai nhạt. Radio Electronics Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới John T. Smith, K3GO. cho công việc của anh ấy trong việc chuyển đổi bản quét JPG của các trang đánh máy của bài báo thành văn bản bằng cú đá OCR của anh ấy. Hộp Nói là một dự án kinh tế, dễ xây dựng, có thể cung cấp cho hầu hết mọi máy tính khả năng mã hóa kỹ thuật số và sau đó tái tạo giọng nói của con người hoặc các tín hiệu tương tự tần số âm thanh tương tự. Để cung cấp cho hoạt động đơn giản, dự án đã được thiết kế để gắn vào cổng I/O nối tiếp của máy tính và trông gần như thể nó chỉ là một modem điện thoại đồng bộ. Điều này dẫn đến giao diện thiết bị dễ kết nối cho một số lượng lớn ứng dụng. Mạch dự án sử dụng kỹ thuật biến đổi liên tục điều chế delta dốc để thực hiện mã hóa tín hiệu tương tự thành dữ liệu nhị phân và sau đó giải mã dữ liệu nhị phân này trở lại thành tín hiệu tương tự. Do hoạt động mã hóa/giải mã này nên thiết bị này thường được gọi đơn giản là codec. Với tốc độ dữ liệu nối tiếp 16 kilobit trên giây (kbps), Hộp Nói có thể ghi và tái tạo giọng nói với độ trung thực tương đương với độ trung thực của hầu hết các máy trả lời điện thoại. Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 32 kbps hoặc khoảng bốn kilobyte dữ liệu được lưu trữ cho mỗi giây âm thanh được tái tạo sẽ dẫn đến độ méo dưới 5 phần trăm đối với tín hiệu âm thanh có tần số từ 300 đến 3000 Hz. Điều này cho phép dự án có thể dễ dàng được sử dụng với máy tính để tái tạo và nhận dạng tín hiệu âm chạm của điện thoại chẳng hạn. Mặc dù động lực chính của bài viết này là mô tả thiết kế và cấu trúc của mạch Talking Box cũng như việc sử dụng nó để lưu trữ nhị phân và tái tạo tín hiệu âm thanh hoặc giọng nói, thiết bị codec còn có nhiều ứng dụng khác trong truyền thông, điều khiển công nghiệp và thiết bị đo đạc. Một số cách có thể sử dụng dự án bao gồm bộ lọc kỹ thuật số, điều khiển động cơ từ xa, xáo trộn tín hiệu giọng nói, mã hóa tín hiệu nhất thời để lưu trữ hoặc hiển thị, nén biên độ tín hiệu, đường trễ kỹ thuật số để tạo âm vang, trích xuất và tái tạo âm thanh đồng dạng để tạo thành giọng nói tổng hợp, mã hóa hoặc giải mã tín hiệu cho modem âm thanh, tin nhắn dữ liệu giọng nói được đóng gói và xử lý hoặc phân tích hình ảnh. Nguyên tắc điều chế Delta Hầu hết các bộ mã hóa kỹ thuật số lấy mẫu biên độ của tín hiệu thay đổi liên tục theo các khoảng thời gian đều đặn và sau đó biểu diễn các mẫu này bằng các từ nhị phân biểu thị biên độ và cực tính của chúng. Ngược lại, bộ điều chế delta tạo ra các từ bit đơn có giá trị biểu thị lỗi lượng tử hóa hoặc "delta" (A), trong tín hiệu theo dõi thay vì biểu thị giá trị của chính tín hiệu đầu vào. Về mặt kỹ thuật, bộ điều biến delta là một hệ thống điều khiển dữ liệu lấy mẫu vòng kín tạo ra đầu ra nhị phân có cực tính biểu thị sự khác biệt giữa tín hiệu đầu vào hiện đang được lấy mẫu và tín hiệu đầu vào gần đúng được lượng tử hóa của tín hiệu đầu vào trước đó. Điều này được thực hiện bằng cách đặt một bộ so sánh trong đường dẫn thuận và một bộ tích phân trong đường phản hồi của một vòng điều khiển đơn giản. Như được hiển thị trong Sơ đồ khối hệ thống điều chế Delta tuyến tính ở Hình 1, đầu vào của bộ so sánh là tín hiệu đầu vào và đầu ra của bộ tích phân hoặc bộ giải mã cục bộ. Do đó, đầu ra của bộ so sánh phản ánh dấu hiệu của sự khác biệt giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của bộ tích phân. Bit dấu này kiểm soát cực tính của điện tích tiếp theo được áp dụng cho bộ tích phân và cũng tạo thành đầu ra kỹ thuật số. Đầu ra của bộ so sánh thường được ấn định xung nhịp để cung cấp luồng bit kỹ thuật số nối tiếp có giới hạn băng tần đồng bộ. Sự đơn giản của mạch điện cần thiết và tính chất nối tiếp của dữ liệu đầu ra là hai ưu điểm cơ bản của bộ điều biến delta. Nếu luồng bit nối tiếp có xung nhịp thu được sau đó được phân phối đến bộ tích hợp thu được xây dựng tương tự như được hiển thị trong , thì đầu ra của bộ tích hợp giải mã này sẽ là bản sao của đầu ra của bộ tích hợp vòng điều khiển truyền ban đầu. Không có thông tin đóng khung nào có trong luồng dữ liệu nối tiếp đồng bộ và việc sao chép đầu vào ban đầu được biểu thị bằng luồng bit từ bộ mã hóa sẽ bắt đầu ngay khi dữ liệu này được đưa vào bộ giải mã. Độ trung thực của bản sao này sẽ phụ thuộc vào thước đo lớn nhất vào mức độ mà bộ tích hợp phát theo dõi tín hiệu đầu vào ban đầu. Như có thể thấy từ các dạng sóng được hiển thị trong Hình 2, Sơ đồ dạng sóng Bộ điều chế Delta tuyến tính, tín hiệu phản hồi của bộ mã hóa cố gắng theo dõi tín hiệu đầu vào theo một loạt các bước tăng dần có kích thước không đổi. Bởi vì tín hiệu phản hồi từ bộ giải mã cục bộ bao gồm các bước có kích thước không đổi hoặc gần như không đổi được hình thành bởi mạng tuyến tính nên loại điều chế delta này được gọi là điều chế delta tuyến tính. Sự hiện diện của các bước tăng dần này trong đầu ra bộ giải mã dẫn đến tín hiệu nhiễu lượng tử hóa được gọi là nhiễu hạt. Lọc thông thấp ở đầu ra máy thu sẽ loại bỏ hầu hết tín hiệu nhiễu này nếu tốc độ xung nhịp của luồng bit cao hơn một quãng tám trở lên so với băng thông của tín hiệu đầu vào. Việc giảm thêm mức tín hiệu nhiễu này có thể được thực hiện bằng cách giảm kích thước bước tăng tần số lấy mẫu/hoặc cả hai. Hình 1 Hạn chế chính của bất kỳ hệ thống điều chế tuyến tính nào là các vòng điều khiển được thiết kế đơn giản như vậy không có khả năng duy trì tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (s/n) thích hợp trong một phạm vi rộng của công suất tín hiệu đầu vào, tức là chúng có dải động hạn chế. Ví dụ: trong ghi âm giọng nói, các mức công suất khác nhau gặp phải trong mẫu giọng nói của các cá nhân khác nhau sẽ dẫn đến tỷ lệ s/n khác nhau đáng kể. Trong bộ mã hóa điều chế delta, thông tin về độ dốc tức thời hoặc tốc độ thay đổi biên độ của tín hiệu đầu vào được biểu thị bằng tốc độ xuất hiện tuần tự của từng mức đầu ra nhị phân hoặc logic. Với độ dốc bằng 0, tín hiệu biên độ không đổi xuất hiện ở đầu vào như minh họa ở phía bên trái của Hình 2, tín hiệu theo dõi thu được là một chuỗi các bước tăng dần, mỗi bước có mức bằng nhau nhưng có cực tính ngược nhau. Điều này còn dẫn đến một chuỗi số 0 xen kẽ ở đầu ra kỹ thuật số, do đó có thể được coi là biểu thị hoặc tương ứng với các khoảng thời gian im lặng tương đối hoặc mức biên độ không đổi trong tín hiệu đầu vào. Bất kỳ sai lệch nào so với kết quả mong muốn này trong khoảng thời gian im lặng đều được gọi là nhiễu kênh nhàn rỗi và tất nhiên sẽ khiến tín hiệu khác 0 được phát ra từ bộ giải mã liên quan. Như đã giải thích, một chuỗi xen kẽ các số 1 và 0 sẽ được xuất ra do việc áp dụng tín hiệu đầu vào có độ dốc bằng 0. Nhưng giả sử độ dốc tín hiệu đầu vào thay đổi nhanh đến mức tín hiệu phản hồi (tức là đầu ra bộ tích hợp của bộ mã hóa) không còn có thể theo dõi tín hiệu đến. Trong trường hợp này, một dòng bit có cực tính không đổi sẽ xuất hiện ở đầu ra. Tình trạng này được gọi là quá tải độ dốc và khi nó xảy ra, đầu ra từ bộ giải mã có thể khác hoàn toàn so với tín hiệu ban đầu. Mức độ khác biệt giữa tín hiệu gốc và bản sao của nó được gọi là nhiễu quá tải độ dốc. Nhiễu quá tải độ dốc góp phần gây ra biến dạng của dạng sóng được sao chép nhiều hơn so với nhiễu dạng hạt hoặc lượng tử hóa và do đó có ảnh hưởng lớn hơn đến độ trung thực tuyệt đối của dạng sóng. Tuy nhiên, người nghe con người nhận thấy tiếng ồn dạng hạt dễ nhận thấy hơn và khó chịu hơn trong các tín hiệu giọng nói được tái tạo. Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng tỷ lệ s/n của bộ mã hóa tuyến tính bị ảnh hưởng trực tiếp bởi mức công suất tín hiệu đầu vào. Ở mức công suất đầu vào thấp, việc theo dõi tín hiệu kém do tín hiệu theo dõi phản hồi tạo ra những sai lệch đáng kể so với tín hiệu đầu vào tương đối nhỏ và do đó kích thước bước tương đối lớn tạo ra lượng nhiễu hạt đáng kể. Khi mức công suất tín hiệu đầu vào tăng lên, tỷ lệ s/n cải thiện tuyến tính khi nhiễu lượng tử hóa trở thành một phần ngày càng nhỏ hơn trong tổng công suất hiện tại. Khả năng theo dõi tín hiệu đầu vào của bộ mã hóa dần dần được cải thiện cho đến khi bộ mã hóa trở nên quá tải độ dốc một chút. Tại thời điểm này, tỷ lệ s/n bắt đầu giảm khi hàm lượng công suất nhiễu tăng nhanh hơn hàm lượng công suất tín hiệu. Biểu diễn đồ họa của các mối quan hệ này được mô tả trong Hình 3, Công suất tín hiệu và Công suất nhiễu trong Hệ thống điều biến Delta. Giới hạn tần số cho tín hiệu đầu vào tương tự tới bộ mã hóa* được giới hạn ở đầu trên. Có một số tần số xung nhịp được xác định bởi tốc độ lấy mẫu Nyquist lớn hơn băng thông tín hiệu đầu vào và sẽ mã hóa tín hiệu ở mức nhiễu nhất định, miễn là chúng ta có kích thước bước đủ nhỏ. Tuy nhiên, giới hạn biên độ cho tín hiệu đầu vào bị giới hạn ở cả đầu trên và đầu dưới. Đối với bất kỳ mức tín hiệu đầu vào cụ thể nào, có một kích thước bước tích hợp liên quan sẽ cung cấp tỷ lệ s/n tối ưu. Thật không may, kích thước bước cố định dẫn đến giá trị giới hạn tương đối nhỏ cho dải động tín hiệu đầu vào hữu ích trong bộ mã hóa tuyến tính. Bây giờ hãy xem xét sự cải thiện tỷ lệ s/n sẽ xảy ra nếu kích thước bước theo dõi bằng cách nào đó có thể được làm nhỏ khi độ dốc của tín hiệu đầu vào nhỏ và sau đó lớn khi độ dốc trở nên dốc. Điều này có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh mức tăng của bộ tích hợp. Rõ ràng, tín hiệu phản hồi khi đó sẽ theo dõi tốt hơn trên phạm vi mức công suất đầu vào rộng hơn. Do nhiễu lượng tử hóa tỷ lệ với bình phương của kích thước bước, nên việc làm cho kích thước bước có thể thích ứng với phạm vi tín hiệu đầu vào rộng hơn sẽ khiến công suất nhiễu thay đổi theo công suất tín hiệu đầu vào thay vì độc lập với nó như với delta tuyến tính điều chế. Do đó, việc tạo ra công suất nhiễu tỷ lệ với công suất tín hiệu sẽ làm cho tỷ số s/n có giá trị không đổi không phụ thuộc vào mức tín hiệu đầu vào. Đây là nguyên tắc điều chế delta thích ứng. Đối với tốc độ xung nhịp và băng thông tín hiệu đầu vào nhất định, phương pháp điều chỉnh mức tăng tích hợp có thể mang lại sự gia tăng đáng kể trong dải động hữu ích như được hiển thị trong Hình 3. Nhiều thuật toán đã được sử dụng để thay đổi kích thước bước của bộ tích hợp theo dõi một cách thích ứng, nhưng Talking Box sử dụng kỹ thuật được gọi là điều chế delta độ dốc biến đổi liên tục (CVSD). Còn được gọi là điều chế delta nén theo âm tiết, đây là phương pháp được ưu tiên để mã hóa và giải mã giọng nói hoặc các tín hiệu tương tự khác có dải động lớn. Bên ngoài các phần tử vận hành có trong bộ điều biến delta tuyến tính được trình bày trước đó là việc triển khai thuật toán giám sát một số đầu ra kỹ thuật số hiện tại và trước đây từ bộ điều biến delta và sau đó điều chỉnh mức tăng của bộ tích hợp bộ mã hóa cho phù hợp. Như được hiển thị trong Sơ đồ khối hệ thống điều chế CVSD, Hình 4, phần giám sát của thuật toán được thực hiện bằng một thanh ghi dịch chuyển đơn giản lưu trữ ba hoặc bốn bit đầu ra cuối cùng. Thuật toán tiêu chuẩn được chấp nhận cung cấp một dấu hiệu khi tất cả các bit được lưu trữ tuần tự này có cùng mức logic, do đó một điều kiện được gọi là trùng hợp ngẫu nhiên. Sự xuất hiện của tín hiệu đầu ra trùng khớp thực sự cho thấy mức tăng tích hợp hiện tại có thể quá nhỏ để theo dõi đầu vào tương tự. Đầu ra trùng khớp cho phép dòng điện lớn hơn sạc bộ lọc thông thấp và đầu ra điện áp của bộ lọc này sau đó được sử dụng để điều chỉnh cường độ tuyệt đối của mức tăng tích hợp bộ mã hóa. Hầu hết các ứng dụng đều sử dụng bộ lọc thông thấp một cực đơn giản với hằng số thời gian trùng khớp cố định trong khoảng từ khoảng 5 đến 10 mili giây, tương đương với khoảng thời gian cao độ điển hình của giọng nói có giọng nói, lên đến khoảng một trăm mili giây, tương đương với thời lượng âm tiết điển hình của lời nói. Do đó bộ lọc này thường được gọi là bộ lọc âm tiết trong các ứng dụng codec giọng nói. Thông thường, giá trị hằng số thời gian cuối cùng được chọn theo sở thích chủ quan. Chuỗi thuật toán phát hiện mức logic trùng hợp này rất có ý nghĩa, vì tính đơn giản tao nhã của nó và vì nhiều thuật toán khác sử dụng thanh ghi dịch chuyển đã được thử với kết quả kém khả quan hơn. với thuật toán được chấp nhận, sự hiện diện của tín hiệu trùng khớp có liên quan đến bản chất của đường bao của tín hiệu đầu vào và do đó biểu thị mức công suất trung bình theo thời gian của tín hiệu thay vì thông tin tức thời hơn về độ dốc của đường cong đầu vào mà phát hiện trình tự khác phương pháp cung cấp. Tác dụng của thuật toán là nén tín hiệu và do đó làm tăng dải động có thể thực hiện được. Thuật toán được lặp lại trong bộ giải mã và do đó dữ liệu cấp độ được phục hồi ở đầu nhận. Nếu luồng dữ liệu của bộ mã hóa CVSO được đưa vào bộ giải mã tuyến tính thì hình dạng cơ bản của tín hiệu đầu vào tương tự của bộ mã hóa sẽ được sao chép nhưng tất cả đầu ra sẽ có mức bằng nhau. Luồng bit xuất hiện như thể nó đến từ một bộ mã hóa tuyến tính với mức đầu vào không đổi và do đó, thuật toán được yêu cầu ở đầu bộ giải mã để khôi phục các biến thể mức biên độ bằng cách giải mã hoặc mở rộng tín hiệu. Thật thú vị khi lưu ý rằng vì thuật toán chỉ hoạt động trên dữ liệu nối tiếp trong quá khứ nên nó tương đương một cách hiệu quả với việc tăng nội dung thông tin của luồng bit mà không làm thay đổi tốc độ bit của kênh. Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng nguyên tắc điều chế delta kết hợp với thuật toán CVSO cung cấp một phương pháp hiệu quả, dễ thực hiện để số hóa thông tin tương tự tần số giọng nói thành luồng dữ liệu nối tiếp. Chi tiết cụ thể của việc thực hiện mạch hộp nói Hộp Nói triển khai mạch điện tử mã hóa và giải mã CVSD bằng cách sử dụng mạch tích hợp (IC) Motorola MC3417 hoặc MC3418 để thực hiện các chức năng của bộ điều biến delta. Các IC này là các khối xây dựng CVSO có mục đích chung cho phép việc thực hiện mạch được điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Theo Motorola, sự phù hợp dòng điện cho công tắc phân cực dốc được cắt bằng tia laze trong quá trình chế tạo IC MC3418 để đảm bảo hiệu suất kênh nhàn rỗi với kích thước bước tối thiểu 5 milivolt và mức độ phù hợp dòng điện điển hình là 1% từ 15 microamp đến 3 miliampe. Điều này cho phép thay đổi kích thước bước từ ba trăm đến một, phản ánh khả năng của dải động tín hiệu tương tự đáng kể. Vì bản thân mạch điện của Talking Box bao gồm một đường dẫn bộ mã hóa và giải mã riêng biệt nên điều này cho phép chúng được sử dụng đồng thời để gửi và nhận, cho phép hoạt động song công hoàn toàn. Cả bộ mã hóa và bộ giải mã đều được điều khiển bởi cùng một mạch tạo xung nhịp TTL có tốc độ thay đổi. Các bộ phận hỗ trợ bao gồm một cặp bộ điều chỉnh điện áp và IC chuyển đổi mức giao diện RS232 là những bộ phận duy nhất còn lại trên thẻ mạch in. Mạch điện tử đường dẫn bộ mã hóa được hiển thị trong sơ đồ nguyên lý của Hình 5, Bộ số hóa giọng nói Codec CVSD (A/D). Như được hiển thị ở đó, mạch được chia thành bốn khu vực chức năng, bắt đầu bằng mạch tiền khuếch đại micrô, tiếp theo là bộ khuếch đại điều khiển khuếch đại tự động (AGC), bộ lọc thông dải giọng nói và cuối cùng kết thúc bằng chính mạch điều chế CVSD. Bộ tiền khuếch đại micrô là một mạch khuếch đại đầu vào không cân bằng hoặc một đầu không biến áp cổ điển. Để có hiệu suất tiếng ồn tối ưu với các tín hiệu mức thấp mong đợi từ nguồn âm thanh chẳng hạn như micrô động, thiết kế sử dụng cấu hình không đảo ngược. Việc triển khai này được thực hiện trong 1/4 IC khuếch đại thuật toán (op amp) bốn loại TL084 với đầu vào bóng bán dẫn hiệu ứng trường trở kháng cao (FET). Bộ tiền khuếch đại có mức tăng có thể điều chỉnh được và có thể thay đổi bằng cách sử dụng một biến trở được kết nối làm điện trở phản hồi, có nhãn MIC GAIN. Bộ khuếch đại cũng có đặc tính cuộn tần số thấp, tức là đặc tính thông cao, có tần số góc được thiết lập bởi các giá trị của tổ hợp điện trở/tụ điện nối tiếp đi từ đầu vào đảo ngược của op-amp xuống đất. Điều này giúp giảm độ nhạy thu âm hum của trường AC xung quanh (thường là 60 Hz) của bộ tiền khuếch đại và giảm hàm lượng công suất tần số thấp của tín hiệu đầu vào. Cuối cùng, preamp cũng có một tụ điện có giá trị nhỏ được đặt từ đầu vào không đảo hoặc tín hiệu của op-amp xuống đất nhằm loại bỏ nhiễu tần số cao không mong muốn có thể xuất hiện trên cáp micrô. Lưu ý rằng điện trở đầu vào nối tiếp (100 Ohms) có thể được thay thế bằng tụ điện, thường có kích thước khoảng một microfarad, đối với một số ứng dụng. Theo sau bộ tiền khuếch đại micrô là mạch khuếch đại A6C dùng để nén mức tín hiệu âm thanh trước khi áp dụng cho bộ lọc giọng nói và codec CVSD. Hành động này giới hạn dải động của biên độ tín hiệu trước khi đưa nó vào xử lý băng thông tần số và bộ mã hóa. Mạch AGO được sử dụng trong Hộp Nói được mô tả bởi Jerald Graeme của Tập đoàn Nghiên cứu Burr-Brown*. Hoạt động của nó dựa trên việc sử dụng FET làm phần tử điện trở thay đổi được điều khiển trong mạng phân chia điện áp xác định phạm vi khuếch đại và biên độ đầu ra của giai đoạn này. Hoạt động của mạch AGC được thực hiện bằng FET và hai bộ khuếch đại thuật toán từ cùng một gói bốn phần được sử dụng một phần cho bộ tiền khuếch đại micrô đã được mô tả. Bộ khuếch đại thuật toán đầu tiên đóng vai trò là bộ khuếch đại đảo ngược được điều khiển khuếch đại và bộ khuếch đại thứ hai đóng vai trò là bộ khuếch đại cảm biến cực đại. Nếu mức dương cực đại của tín hiệu đầu ra vượt quá giá trị điện áp được đặt ở nhánh gạt nước của chiết áp AGC LEVEL thì đầu ra của bộ so sánh cảm biến sẽ chuyển động dương, làm tăng điện áp cổng của FET và do đó làm giảm điện trở trong nguồn dr của nó . Điều này đến lượt nó sẽ khiến nhiều tín hiệu đầu vào bị chuyển xuống đất hơn, cuối cùng dẫn đến giảm mức tăng mạch tổng thể cho giai đoạn này. Biên độ tín hiệu đầu ra có thể được đặt từ mức 0 đến mức bão hòa hoặc mức cắt của bộ khuếch đại điều khiển khuếch đại bằng cách điều chỉnh chiết áp điều khiển AGC LEVEL vừa đề cập ở trên» Khó khăn gặp phải khi triển khai sử dụng khái niệm FET làm thành phần điện trở thay đổi cho tín hiệu âm thanh tập trung vào thực tế là điện trở của chính thiết bị được điều biến bởi tín hiệu truyền qua nó. Việc không bù đắp đầy đủ cho khía cạnh này của các đặc tính của FET sẽ dẫn đến mức khuếch đại và biến dạng phụ thuộc vào mức tín hiệu. Mạch hiển thị trong Hình 5 sử dụng phương pháp phản hồi hiệu chỉnh mới để giảm đáng kể việc điều chế mức tín hiệu này. Có thể thấy, tín hiệu xuất hiện ở đầu cực máng của FET được khớp với tín hiệu cùng pha nhưng ngược pha xuất phát từ đầu ra của bộ khuếch đại AGC liên quan. Các giá trị điện trở được sử dụng trong mạch được chọn để cho phép FET hoạt động ở mức tín hiệu nhỏ; một tình huống cũng giúp giảm thiểu sự biến dạng. Như được hiển thị, đầu ra của giai đoạn AGC sau đó được áp dụng cho bộ lọc thông dải giọng nói được thấy tiếp theo trong đường dẫn tín hiệu của bộ mã hóa. Giai đoạn mạch lọc thông dải giọng nói về danh nghĩa cho phép các tín hiệu đầu vào trong dải thông tần từ 300 đến 3000 Hz đi qua trong khi loại bỏ các tín hiệu nằm ngoài phạm vi này. Một trong những cân nhắc chính trong việc lựa chọn kỹ thuật triển khai cho các bộ lọc thông dải là giá trị của tham số dẫn xuất được gọi là băng thông chuẩn hóa hoặc băng thông phân đoạn. Về mặt số học, đó là kết quả thu được bằng cách trừ tần số cắt -3dB hoặc nửa công suất thấp hơn khỏi tần số cắt -3dB trên và chia thêm giá trị chênh lệch này cho giá trị trung bình hình học của hai tần số giống nhau này. Các. trung bình hình học tất nhiên là căn bậc hai của giá trị sai phân vừa được tính toán này. Do đó, băng thông phân đoạn được tính toán từ các tần số cắt được chỉ định (cao và thấp) của bộ lọc giọng nói bộ mã hóa có giá trị xấp xỉ bằng 3, chúng tôi nhận thấy rằng khi giá trị được tính toán này cho băng thông phân đoạn bắt đầu vượt qua giá trị khoảng 0,8 và tiến gần đến hoặc vượt quá đơn vị ( hoặc giá trị số bằng 1) từ bên dưới, nhìn chung kết quả tốt hơn về hiệu suất của bộ lọc thông dải được nhận ra từ các phần bộ lọc thông cao và thông thấp xếp tầng thay vì từ việc triển khai băng thông thực sự. Đây là phương pháp được sử dụng trong mạch lọc giọng nói của bộ mã hóa. Một lĩnh vực khác cần xem xét là nhu cầu về tần số tốt và đặc tính đáp ứng nhất thời cho giọng nói, bộ lọc. Loại bộ lọc Butterworth có biên độ băng thông phẳng nhất trong khi vẫn cung cấp tốc độ giảm suy giảm ban đầu vừa phải. Mặc dù có sự thay đổi pha với sự thay đổi tần số trên băng thông khi sử dụng các bộ lọc này, nhưng nó diễn ra từ từ và không thể cảm nhận được bằng âm thanh. Ngoài ra, loại bộ lọc này có mức độ vọt lố thấp và đáp ứng nhất thời có thể chấp nhận được. Tất cả những yếu tố này kết hợp với nhau để mang lại độ méo tín hiệu thấp với nhiều bộ lọc này. Các loại bộ lọc thông cao và thông thấp được chọn để sử dụng trong bộ mã hóa là các bộ lọc hoạt động bậc ba có tốc độ cắt rõ nét -18dB trên mỗi quãng tám vượt quá tần số góc và đáp ứng tần số công suất và điện áp phẳng với sự thay đổi dần dần trong dịch pha trên ban nhạc. Mạch điện tử cụ thể được sử dụng để triển khai các bộ lọc được gọi là thiết kế đa phản hồi # có mức tăng vô hạn và được chọn vì nó mang lại sự dung hòa tốt giữa độ phức tạp, độ phân tán giá trị thành phần và độ nhạy. Mỗi phần được thực hiện bằng một nửa IC op amp đầu vào FET kép LM353. Các thiết bị này có trở kháng đầu vào rất cao, tốc độ quay nhanh và hoạt động cực kỳ ổn định với tải điện dung. Bởi vì có hai op-amp đảo ngược được xếp tầng trong bộ lọc nên kết quả cuối cùng gần đúng là thay đổi pha bằng 0 trong suốt giai đoạn. Tín hiệu đầu ra từ bộ lọc thông dải giọng nói cuối cùng được đưa vào mạch điều chế CVSD. Về cơ bản, tất cả chức năng hoạt động của giai đoạn này đều được chứa trong chính IC trong khi các thành phần riêng biệt dùng để thiết lập các thông số cụ thể của ba lĩnh vực hoạt động của thiết bị. Đầu tiên, chúng tôi thấy rằng hai điốt silicon được kết nối từ chân 12 của IC với mặt đất, thiết lập điểm ngưỡng cho tín hiệu logic đầu vào thiết bị ở mức xấp xỉ 1,4 volt (khoảng hai giọt diode) trên mặt đất để sử dụng với các mức logic TTL hoặc ICS giao diện RS232 cũng có trên bo mạch. Lĩnh vực cần xem xét thứ hai là mạng bộ lọc tích hợp theo dõi. Mạch Talking Box sử dụng mạng lọc tích hợp một cực được kết nối qua bộ khuếch đại tích hợp bộ giải mã cục bộ giữa các chân 6 và 7 của IC. Đầu ra của bộ tích hợp theo dõi xuất hiện ở chân 7 cũng được kết nối với một đầu vào của bộ so sánh tín hiệu tương tự ở chân 2. Việc sử dụng mạng hai cực cho bộ lọc này có thể cải thiện tỷ lệ s/n thêm một hoặc hai dB so với mạng đơn thực hiện cực. Nếu muốn, mạng hai cực có thể được triển khai bằng cách cắt dấu vết kết nối các chân 2 và 7 trên đầu thẻ mạch in và nối các chân ở phía dây dẫn bằng một điện trở phù hợp, sau đó thêm một tụ điện từ chân 2 xuống đất. . Việc rút ra các giá trị thành phần cần thiết được giải thích trong bảng dữ liệu Motorola 2. Tuy nhiên, xin lưu ý rằng bộ lọc cực đơn được hiển thị và được sử dụng thông thường đã được chứng minh là hoàn toàn phù hợp để tái tạo TouchTone ở tốc độ dữ liệu 32 kbps với thiết bị MC3417. Lĩnh vực cuối cùng của hoạt động bộ điều biến CVSD là mạng lọc âm tiết và xác định kích thước bước tối thiểu của bộ tích hợp và độ lợi vòng lặp cho thiết bị IC. Bộ lọc âm tiết là một mạch thông thấp một cực đơn giản bao gồm hai điện trở có nhãn Rs và Rp, và tụ điện Cs. Thông thường tụ điện được tích điện nối tiếp qua R và Rp. Nhưng khi đầu ra trùng khớp, chân 11 của IC, trở thành đúng, điều này có tác dụng loại bỏ hiệu quả điện trở trên, Rp, khỏi đường dẫn điện tích cho Cs và do đó làm tăng dòng điện tích và cuối cùng là kích thước bước tích hợp. Điện trở Rm dùng để xác định kích thước bước tích phân tối thiểu trong khi giá trị của điện trở Rx dùng để thiết lập mức tăng vòng lặp bằng phép biến đổi dòng điện thành điện áp tuyến tính đơn giản. Việc sửa đổi mối quan hệ chuyển đổi này có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể tỷ lệ s/n nhưng kèm theo đó là sự gia tăng độ phức tạp của mạch điện tử. Ví dụ, việc sử dụng các thiết bị mạch tích cực để thực hiện chức năng này có thể dễ dàng tạo ra phạm vi biên độ tín hiệu (động) hữu ích là 50 dB với tỷ lệ 30 dB s/n khi hoạt động ở tốc độ dữ liệu 32 kbps. Có ba đường tín hiệu số hoặc mức logic liên quan đến hoạt động của IC mã hóa CVSD. Tín hiệu đầu tiên trong số này là đầu vào đồng hồ tới chân 14, thường được cung cấp bởi mạch tạo đồng hồ được mô tả bên dưới. Tín hiệu logic thứ hai là đầu ra kỹ thuật số xuất hiện trên chân 9, đây là luồng dữ liệu nối tiếp thực tế đến từ bộ điều biến. Các bit dữ liệu được đưa ra khỏi thiết bị ở cạnh xuống của xung nhịp đầu vào IC ở chân 14. Tín hiệu logic thứ ba và cuối cùng là đầu vào không tải cưỡng bức, chân IC 15, tới mạch. Khi đầu ra kỹ thuật số từ chân 9 được kết nối với chân 13 của IC như được hiển thị, một flip-flop chuyển đổi được hình thành trong thiết bị và làm cho chân đầu vào nhàn rỗi hoạt động, sau đó dẫn đến việc truyền mẫu kênh nhàn rỗi từ đầu ra kỹ thuật số bộ mã hóa. Tính năng này cho phép dễ dàng thiết lập đồng bộ hóa liên kết dữ liệu hoặc buộc bộ mã hóa phải đặt mẫu im lặng. Do đó, sau khi đã xem xét các chi tiết cụ thể của mạch bao gồm đường dẫn bộ mã hóa cho Hộp Nói, bây giờ chúng ta hãy chú ý đến thiết kế mạch được sử dụng trong đường dẫn bộ giải mã. Sơ đồ nguyên lý cho toàn bộ đường dẫn bộ giải mã được hiển thị trong Hình 6, Bộ tạo giọng nói Codec CVSD (D/A). Như có thể thấy từ sơ đồ này, đường dẫn giải mã bao gồm ba giai đoạn hoạt động chính, bắt đầu với bộ giải mã CVSD, tiếp theo là bộ lọc thông dải giọng nói có đầu ra cuối cùng điều khiển bộ khuếch đại đầu ra. Như đã được giải thích trong phần nguyên tắc điều chế delta, chức năng của bộ giải mã có thể được xem và hiểu là phần nào bổ sung cho chức năng của bộ mã hóa. Không có gì đáng ngạc nhiên khi chúng ta có thể nhận thấy sự tương đồng được phản ánh trong các mạch điện tử và giá trị thành phần tương ứng của chúng. Do đó, trong sơ đồ cho giai đoạn giải điều chế CVSD, hàm vận hành và giá trị của các điện trở có nhãn Rp và Rs cùng với tụ điện Cs hoàn toàn tương tự với hàm vận hành và giá trị của các thành phần có nhãn giống hệt nhau trong Hình 5, sơ đồ đường dẫn bộ mã hóa. mạch. Tương tự, các điện trở có nhãn Rx và Rm hoạt động theo cách tương tự như các điện trở có nhãn giống hệt của chúng trong quá trình triển khai bộ mã hóa. Theo cách tương tự, ngay cả các thành phần tạo thành mạng bộ lọc tích hợp bộ giải mã cho bộ giải mã CVSD cũng tương tự như các thành phần được tìm thấy trong mạch điều chế. Cuối cùng, các mức ngưỡng logic cho IC bộ giải mã cũng được thiết lập bằng cách thả qua một cặp điốt silicon như được thực hiện với IC bộ mã hóa. Tuy nhiên, trong đường dẫn giải mã chỉ có hai đường dẫn tín hiệu số được liên kết với mạch. Có một đầu vào đồng hồ thường được điều khiển bởi cùng một mạch tạo đồng hồ TTL được sử dụng cho chức năng mã hóa. Tín hiệu này được đưa vào chân 14 của IC giải mã và xung nhịp các bit dữ liệu sau đó lần lượt xuất hiện ở đầu vào số, chân 13, vào IC. Tất nhiên, đầu ra của giai đoạn giải điều chế CVSD là bản sao chưa được lọc của tín hiệu tương tự ban đầu đã từng được đưa vào đường dẫn bộ mã hóa. Sau đó, nó được áp dụng tiếp theo cho bộ lọc thông dải giọng nói đường dẫn giải mã nhằm loại bỏ nhiễu hạt hoặc nhiễu lượng tử được mô tả trước đó. Việc thực hiện phần cứng về cơ bản giống với cách thực hiện trong đường dẫn bộ mã hóa, ngoại trừ thứ tự xếp tầng của mạch thông cao và mạch thông thấp đã bị đảo ngược. Trong bộ lọc giải mã, mục tiêu đầu tiên là loại bỏ nhiễu lượng tử hóa càng nhiều càng tốt, do đó hàm thông thấp được đặt đầu tiên và gần nhất với đầu vào của tầng lọc (và cả đầu ra của bộ giải mã) để tối đa hóa điều này. suy giảm. Hiển thị sau bộ lọc giọng nói trong đường dẫn tín hiệu giải mã là mạch giải mã thứ ba và cuối cùng, bộ khuếch đại đầu ra. Đúng như tên gọi, giai đoạn này khuếch đại tín hiệu âm thanh phát ra từ bộ lọc giọng nói. Một cặp bóng bán dẫn lưỡng cực silicon miễn phí được kết nối dưới dạng thiết bị đệm để cải thiện khả năng đầu ra nguồn của IC op amp LF356 được sử dụng trong mạch này. Điều khiển khuếch đại (hoặc MỨC ĐẦU RA) được cung cấp dưới dạng một bộ điều chỉnh trong đường phản hồi, nhưng giá trị của điện trở đi từ đầu vào không đảo của IC op amp xuống đất cũng có thể được sửa đổi để điều chỉnh phạm vi đầu ra mức độ. Cuối cùng, tín hiệu khuếch đại được ghép thông qua một tụ điện điện phân có giá trị lớn tới cuộn sơ cấp của máy biến áp đầu ra. Tín hiệu được phát qua phần thứ cấp sau đó là đầu ra cuối cùng của đường giải mã, hoàn thành việc mô tả phần này của mạch điện tử. Như đã đề cập trước đây, ngoài các mạch đường dẫn bộ mã hóa và đường dẫn giải mã vừa được mô tả, thành phần mạch chính khác của Hộp nói là bộ tạo xung nhịp được sử dụng để điều khiển thời gian của hai mạch đầu tiên này. Sơ đồ nguyên lý cho mạch này được hiển thị trong Hình 7, Mạch tạo đồng hồ TTL tần số có thể lựa chọn. Như có thể thấy ở đó, mạch này về cơ bản bao gồm một bộ dao động được điều khiển bằng tinh thể điều khiển chuỗi phân chia có thể lập trình có mô đun phân chia được xác định bởi giá trị được đặt trên một công tắc nhúng liên quan. Do đó, bộ chia có thể lập trình được cấu hình rất dễ dàng cho nhiều tốc độ xung nhịp dữ liệu và trên thực tế, để linh hoạt, tốc độ xung nhịp này có thể được sắp xếp để máy tính liên kết có thể lựa chọn thông qua giao diện kết nối. Các thành phần mạch điện tử cuối cùng trên bảng mạch in là các bộ phận hỗ trợ bao gồm bộ điều chỉnh điện áp dương và âm và các IC chuyển đổi mức RS232 được giao diện máy tính sử dụng. Bản vẽ sơ đồ bao gồm các bộ phận này được hiển thị trong Hình B, sơ đồ Mạch giao diện RS232 và Bộ điều chỉnh điện áp. Do đó, đã thấy cách các bộ điều biến delta hoạt động nói chung và sau đó là cách thức hoạt động của bộ điều biến này nói riêng, bây giờ chúng ta hãy xem phần cứng thực tế được hiện thực hóa và xây dựng về mặt vật lý như thế nào. Dự án Talking Box Xây dựng vật chất Tất cả các mạch điện tử vừa mô tả đều được chứa trên một bảng mạch in hai mặt. Một mặt của bảng này chủ yếu được sử dụng làm mặt phẳng nền cho phép đặt gần và trộn lẫn các mạch kỹ thuật số và mạch tương tự. Hình ảnh dương bản của các dấu vết mạch trên cả hai mặt của bảng mạch in được hiển thị trong Hình 9, Bố cục bảng mạch in CVSD Codec. Lưu ý rằng mặc dù thẻ có hai mặt hoặc có các đường dẫn điện ở cả mặt trước và mặt sau của bảng nhưng cách bố trí này không yêu cầu sử dụng các lỗ mạ xuyên qua hoặc dẫn điện để kết nối hai mặt. Tất nhiên, điều này được thực hiện để cho phép người thử nghiệm sao chép bảng mạch được đề xuất sử dụng trong dự án một cách dễ dàng và không tốn kém. Các bảng mạch đã hoàn thiện có lỗ mạ và bản sao phim của tác phẩm nghệ thuật có sẵn như trong danh sách các bộ phận. Lưu ý rằng các mục tiêu căn chỉnh được cung cấp trên các khu vực ngoại vi ở hai bên của cả bố cục mạch phía trước và phía sau. Đầu tiên, hãy nâng tác phẩm nghệ thuật này lên làm hình ảnh phim cho mỗi bên (thường là âm bản) và đảm bảo bao gồm các mục tiêu này trong từng trường hợp. Sau đó, sử dụng các mục tiêu này, căn chỉnh các hình ảnh phim phía trước và phía sau chồng lên nhau và dán chúng vào vị trí với nhau. Bây giờ, hãy đục ba lỗ đăng ký riêng biệt trên cả hai tấm phim cùng lúc bằng một cú đấm giấy tròn. Hãy cẩn thận để đục lỗ ở một vị trí bên ngoài khu vực của tác phẩm nghệ thuật mạch điện. Sự hiện diện của các lỗ đăng ký này sau đó sẽ giúp cho các tấm phim mặt trước và mặt sau được căn chỉnh với nhau bằng các chốt thích hợp được đặt qua các lỗ này trong khi một mảnh vật liệu bảng mạch lộ ra được đặt giữa chúng trong một chiếc bánh sandwich như thời trang, nhờ đó đảm bảo việc đăng ký từ trước ra sau dễ dàng cho hai mặt của thẻ mạch. Những chốt đăng ký như vậy, có kích thước chính xác, có sẵn trên thị trường từ các nhà cung cấp mạch in, nhưng kinh nghiệm cho thấy rằng một cây bút chì hoặc chốt được cạo theo kích thước sẽ phù hợp cho mục đích này nếu không có sẵn thứ gì đó giống như một thanh định hình sẵn có kích thước phù hợp. Kích thước mũi khoan số 68 là đủ cho hầu hết các lỗ được hỗ trợ, tức là những lỗ có dây dẫn thành phần đi qua chúng. Các trường hợp ngoại lệ là các lỗ gắn bộ điều chỉnh có số 37 và các lỗ gắn đầu nối phono có đường kính 3/16 inch. Hai sơ đồ được sử dụng để hiển thị các chi tiết lắp và lắp ráp linh kiện cho bảng mạch in. Hình đầu tiên trong số này, Hình 10, Sơ đồ lắp ráp thành phần Bảng mạch Codec CVSD, hiển thị vị trí của các bộ phận khi chúng được gắn và hàn vào bảng và nó cũng hiển thị vị trí của các điểm được dán nhãn khác nhau trong sơ đồ, một số điểm các vị trí mạch được dán nhãn này đóng vai trò là kết nối để sử dụng làm điểm kiểm tra trong khi các vị trí khác cho phép gắn các tùy chọn cấu hình khác nhau. Sơ đồ thứ hai. Hình 11, sơ đồ Vị trí 'Dây Z' của Bảng mạch Codec CVSD, nêu chi tiết vị trí của các lỗ trên bảng mạch phải được hàn ở mặt trên hoặc mặt thành phần của thẻ. Lưu ý rằng bước này chỉ cần thiết nếu không có lỗ mạ xuyên qua trên bảng và bảng hiển thị trong danh sách các bộ phận có những lỗ như vậy. Nếu có dây dẫn linh kiện ở vị trí lỗ này thì hàn nó vào cả hai mặt của bo mạch. Nếu không có dây dẫn linh kiện nào xuyên qua lỗ này, hãy luồn một sợi dây dẫn qua lỗ rồi kẹp chặt rồi hàn vào bo mạch ở cả hai mặt. Phương pháp này để đạt được đường dẫn hoặc đường dẫn từ mặt này của bảng mạch sang mặt khác thường được gọi là "dây Z" do hình dáng thô sơ của dây nối đối với chữ cái đó, do đó có tiêu đề của Hình 11. Lưu ý rằng không có phương pháp nào trong số đó do đó, các lỗ phải được hàn trên mặt dây dẫn của bảng mạch bị mù, tức là không thể tiếp cận được với các bộ phận được gắn. Điều này cho phép mạch điện của dự án được lắp ráp dễ dàng bằng bảng in homebrew không cần mạ xuyên lỗ và rất ít nút nhảy. Bản thân đầu nối RS232 phải có hàng chân phía trên, tức là các số từ một đến mười ba, được hàn vào mặt trên hoặc mặt thành phần của bảng mạch trong khi hàng dưới cùng, các chân từ mười hai đến hai mươi lăm, sẽ được hàn vào trên mặt sau. mặt sau của bảng. Vận hành giao diện máy tính cho dự án Talking Box Bây giờ chúng ta đã thấy các nguyên lý điện tử của hoạt động CVSD và cách cấu tạo vật lý của bảng mạch dự án, lĩnh vực tiếp theo chúng ta sẽ kiểm tra là phần mềm cần thiết để kết nối thiết bị với máy tính liên quan. Như đã đề cập trong phần giới thiệu, Talking Box về cơ bản trông giống như một modem đồng bộ với máy tính hỗ trợ được kết nối. Cho đến nay, chúng tôi đã mô tả năm đường dẫn tín hiệu số vào và ra khỏi mạch dự án. Tất nhiên đây là hai đường dẫn dữ liệu, một đến bộ giải mã và một từ bộ mã hóa; hai tín hiệu đồng hồ liên quan; và buộc đầu vào nhàn rỗi đến bộ mã hóa. Một số tín hiệu giao diện vật lý tùy chọn khác được mô tả trong phần tiếp theo về các ví dụ ứng dụng. Tuy nhiên, do những giải thích ngay sau đây chỉ liên quan đến các khía cạnh lập trình của chính hoạt động trao đổi dữ liệu nên hiện tại chỉ có năm đường tín hiệu này được coi là được kết nối đến và từ cổng I/O nối tiếp trên một máy tính được liên kết. Các chi tiết cụ thể về phần cứng của kết nối này được thể hiện chi tiết trong Hình 12, Sơ đồ nối dây thiết bị SIO để sử dụng bảng CVSD. Trong quá trình thảo luận sau đây, chúng ta sẽ đề cập đến các quy trình phần mềm được hiển thị trong Liệt kê 1, có tên là Chương trình Trình điều khiển CVSD. Danh sách chương trình này chứa cả mô-đun các quy trình cần thiết để điều khiển thiết bị I/O nối tiếp tương thích Intel 8251, tức là USART, và mô-đun cần thiết để điều khiển thiết bị I/O nối tiếp tương thích Zilog SIO. Với sự lựa chọn mô-đun trình điều khiển phù hợp, một trong hai thiết bị này có thể dễ dàng hoạt động ở chế độ đồng bộ phù hợp với yêu cầu của Hộp Nói. Mã nguồn được viết hoàn toàn bằng hợp ngữ Intel 8080 và việc lựa chọn sử dụng giữa các mô-đun được thực hiện bằng các câu lệnh tương đương. Cả hai mô-đun trình điều khiển phần mềm USART và SIO đều chứa bốn quy trình chính hoặc các điểm vào liên quan trực tiếp đến việc trao đổi dữ liệu của máy tính với bộ mã hóa/giải mã. Bốn điểm vào này là quy trình INUART, quy trình SERIN và SEROUT và quy trình GETSYNC. Trước khi sử dụng lần đầu tiên để truyền dữ liệu theo một trong hai hướng, trước tiên người dùng phải khởi tạo hoặc cấu hình phần mềm cho chính thiết bị I/O nối tiếp để hoạt động ở chế độ đồng bộ. Điều này được thực hiện bằng cách gọi thủ tục có nhãn INUART. Trong cả hai mô-đun, trình tự lệnh này về cơ bản dùng để tải các thanh ghi điều khiển của thiết bị I/O để chúng ta làm cho nó hoạt động trên các ký tự dữ liệu 8 bit (rộng byte) mà không thêm bit chẵn lẻ và do đó nó sẽ sử dụng một ký tự đơn làm mẫu cho mẫu khớp trong luồng bit nối tiếp (thường được gọi là ký tự SYNC) để giả định rằng đã gặp phải sự đồng bộ hóa trên ranh giới ký tự (được gọi là phát hiện đồng bộ). Lưu ý rằng trong hầu hết các giao tiếp đồng bộ, không có các bit đóng khung ký tự như các bit bắt đầu và dừng quen thuộc với các giao thức truyền thông nối tiếp không đồng bộ hoặc hướng ký tự. thay vào đó, mỗi bit tạo thành một ký tự lần lượt được truyền vào hoặc ra khỏi thiết bị nối tiếp bằng tín hiệu định thời được trình bày trên một đường dẫn đầu nối tín hiệu riêng biệt và ranh giới ký tự được xác định bằng cách đếm số bit được xác định thích hợp cho mỗi ký tự từ đồng hồ trong dòng bit. Hầu hết các ứng dụng truyền dữ liệu, modem điện thoại "thực" hoặc đồng bộ, gửi và nhận các ký tự dữ liệu theo khối với các khoảng dừng giữa các lần truyền này để đồng bộ hóa lại luồng dữ liệu định kỳ và cho phép những việc như kiểm tra lỗi nội dung của từng khối. Vì những lý do hiển nhiên, các phương pháp đồng bộ thường được gọi là các giao thức truyền thông nối tiếp hướng thông điệp. Khi thiết bị SIO hoặc USART được khởi tạo và sau đó đưa vào hoạt động, cả hai đều tiếp tục được điều khiển tương đối dễ dàng bằng phần mềm. Trong cả hai trường hợp, các quy trình SERIN (lấy ký tự từ cổng) và SEROUT (xuất ký tự tới cổng) đều giống như đối với một ứng dụng không đồng bộ đơn giản. Do đó, các quy trình đầu vào và đầu ra ký tự chỉ liên quan đến việc kiểm tra vòng lặp ở mức bit trong byte trạng thái được đọc lặp đi lặp lại từ thiết bị I/O để xác định xem một ký tự đã sẵn sàng để được chấp nhận hay phân phối hay chưa. Khi thử nghiệm này cuối cùng đã được thỏa mãn thì bản thân ký tự đó sẽ thực sự được đọc từ hoặc được ghi vào cổng nối tiếp trước khi thoát khỏi quy trình và quay trở lại người gọi. Quy trình trình điều khiển còn lại có nhãn GETSYNC. Một lần nữa, quy trình này thực hiện nhiều chức năng tương tự cho việc lựa chọn thiết bị I/O. Điểm vào này thường được gọi khi bắt đầu chu kỳ ghi để thực sự bắt đầu nhập dữ liệu âm thanh từ bộ mã hóa. Trong tác vụ này, quy trình trước tiên có tác dụng giữ cho đầu vào không hoạt động của bộ mã hóa là đúng, do đó khiến bộ mã hóa tạo ra cùng một đầu ra chuỗi bit 1 0 xen kẽ biểu thị sự im lặng, cho đến khi thiết bị I/O nối tiếp phát hiện chuỗi của các bit như vậy phù hợp với ký tự đồng bộ hóa. Khi kiểm tra sự hiện diện của ký tự này được đáp ứng, đường tín hiệu không hoạt động ngay lập tức được trả về sai, cho phép bộ mã hóa bắt đầu gửi dữ liệu âm thanh đến cổng nối tiếp, sau đó được thiết lập tiếp theo để nhận dữ liệu này trước khi thoát khỏi quy trình. Lưu ý rằng đối với một số ứng dụng, giá trị của mẫu bit này được sử dụng, tức là ký tự đồng bộ, có thể được thay đổi để cho phép bắt đầu ghi âm khi phát hiện phần cứng của chuỗi khớp tương ứng với một vị trí nhất định trong dạng sóng tín hiệu chẳng hạn. Bốn quy trình cơ bản của trình điều khiển phần cứng này được một chương trình ứng dụng yêu cầu để hoàn thành nhiệm vụ truyền dữ liệu âm thanh vào và ra khỏi máy tính một cách vật lý. Trong phần sau đây là một số ví dụ về các ứng dụng sử dụng các quy trình này với bảng dự án và máy tính hỗ trợ. Một số ví dụ ứng dụng cụ thể Chương trình trình diễn Talking Box được tác giả sử dụng sử dụng các quy trình trình điều khiển vừa được mô tả và cho phép thực hiện có chọn lọc các tác vụ từ menu lệnh được hiển thị trong Hình 13, Menu Lệnh Chương trình Demo Bảng mạch CVSD Codec. Chương trình chạy trong Hệ điều hành CP/M và đã được thử nghiệm trên cả hệ thống máy vi tính 8080 (homebrew) và Z80 (Televideo TS802H). Mã nguồn lắp ráp cho chương trình này được hiển thị trong Liệt kê 2, Chương trình Demo Bảng mạch Codec CVSD. [-bao gồm tùy chọn] Như có thể thấy từ bảng lệnh này, chương trình được thiết lập để cho phép người vận hành ghi và phát âm thanh từ cặp micrô và loa cục bộ hoặc từ đường dây điện thoại. Bố trí kết nối được sử dụng để gắn chương trình trình diễn và máy tính có Hộp Nói vào mạng điện thoại chuyển mạch dựa trên một thiết bị được gọi là Bố trí Truy cập Dữ liệu hoặc DAA. Thiết bị cụ thể được tác giả sử dụng là Bộ ghép nối dữ liệu Bell Phone Type 1001F cũ hơn (cổ điển năm 1976), mặc dù các mô-đun lai đã đăng ký FCC Phần 68 mới hơn sao chép chức năng DAA của nó có thể được bán với giá dưới 20 đô la từ các công ty như Cermetek (CH1810). Kết nối bảo vệ kết nối trực tiếp hoặc DCPH, xem tài liệu tham khảo). Các mô-đun này cung cấp các kết nối chức năng giống hệt nhau, nhưng chúng có kích thước nhỏ hơn đáng kể và được cải thiện nhiều về sự thuận tiện khi sử dụng, nhằm mục đích gắn bên trong thiết bị thay vì treo trên tường trong một vỏ riêng biệt! Lưu ý rằng các mô-đun DCPH sử dụng đường dẫn tín hiệu mức logic CMOS trong khi DAA có các yêu cầu về mức tín hiệu RS232. DAA hoặc DCPH có thể cung cấp dấu hiệu cho thấy điện thoại đang đổ chuông và cho phép máy tính kiểm soát trạng thái bật/tắt (hoặc trả lời/gác máy) của thiết bị và kiểm soát ứng dụng hoặc nhận âm thanh đến và đi từ đường dây điện thoại. Cả hai đều cung cấp cái gọi là bộ hẹn giờ trễ thanh toán, bảo vệ quá tải tín hiệu, cách ly đường dây và bảo vệ cũng như khả năng thu và quay số xung đường dây điện thoại, tức là gọi ra. Hệ thống dây điện vật lý được sử dụng để kết nối DAA hoặc DPCH và Hộp Nói với máy tính chủ được hiển thị trong Hình 14, Bảng CVSD và Sơ đồ nối dây DAA với Máy tính. Ngoài việc cho phép máy tính ghi và phát lại âm thanh cả cục bộ và từ điện thoại, chương trình demo còn cung cấp các quy trình để hiển thị và thay đổi nội dung của vùng bộ nhớ đại diện cho tín hiệu âm thanh, để xóa tất cả thành một số ký tự cài sẵn (SYNC) giá trị và cũng để lưu hoặc tải nội dung của bộ nhớ âm thanh này từ ổ đĩa hệ thống máy tính chủ. Nó cũng cho phép khởi tạo cổng I/O nối tiếp được dự án sử dụng, thay đổi giá trị ký tự SYNC và đặt tín hiệu đầu ra điều khiển do người dùng xác định (được gọi là Flag Bit) ở mức cao hoặc thấp. Tín hiệu đầu ra này có thể được sử dụng để chọn từ một cặp tốc độ xung nhịp nối tiếp mã hóa/giải mã dưới sự điều khiển của máy tính như trong Hình 7 và 8. Cuối cùng, chương trình cũng cung cấp tín hiệu xung đồng bộ hóa được xuất ra ở đầu mỗi chu kỳ phát lại. để cho phép thực hiện những việc như kích hoạt màn hình máy hiện sóng. Rõ ràng, chương trình và một số hoạt động thường ngày của nó có thể cung cấp hạt nhân cho một số ứng dụng thiết bị hữu ích. Một số chức năng trong số rất nhiều chức năng mà hệ thống dự án có thể thực hiện ngay lập tức bao gồm việc sử dụng nó như một hệ thống nhắn tin âm thanh điện tử hoặc máy trả lời điện tử được vi tính hóa, việc sử dụng nó để trích xuất và phát lại các âm vị đồng âm (hoặc các ví dụ về âm vị phụ thuộc vào người nói) dưới dạng một số mẫu dữ liệu từ giọng nói được lưu trữ và công dụng của nó là lưu trữ và sau đó hiển thị (trên máy hiện sóng) những thứ như các âm thanh khác hoặc tín hiệu tần số âm thanh nhất thời để phân tích và công dụng của nó là lưu trữ toàn bộ từ hoặc câu lệnh trên đĩa để phát lại sau này. Như vậy chúng ta có thể thấy Talking Box là một dự án dễ xây dựng và dễ sử dụng để số hóa và tái tạo giọng nói hoặc các tín hiệu âm thanh khác bằng máy tính. Sự nhìn nhận Tác giả xin đặc biệt cảm ơn các ông WH Kerr, EP Norwood và CP Quinn vì sự hỗ trợ và đóng góp quý báu của họ trong việc thực hiện dự án này. Điều đó kết thúc bài báo đã được tạp chí Radio Electronics mua. Tiếp theo bên dưới là bản sao bảng dữ liệu codec CVSD của Motorola. Tài liệu này rất thú vị và nhiều thông tin. Phần kết luận Hy vọng rằng bạn tìm thấy một số tiện ích hoặc sự quan tâm đến nền tảng của chúng tôi được trình bày ở trên ☺ Lưu ý nghiêm túc. Nhận xét, phê bình và đề xuất luôn được đánh giá cao. Xin Chúa phù hộ cho tất cả.