شرح و بسط كامل مدار ضبط و پخش ديجيتالي

مقدمه
روشهاي مختلفي براي ضبط اطلاعات صوتي وجود دارند كه مهمترين آنها عبارتند از (ضبط مكانيكي اطلاعات صوتي) و (ضبط ديجيتالي صدا بروش الكترونيكي)
روش اول قديمي بوده و در اين شيوه از ضبط صدا بصورت مغناطيسي روي نوار و يا بصورت شيارهاي مكانيكي روي صفحه و يا بصورت علايم نواري روي سلونوئيد فيلم بهره مي‌جويند.

اما روش دوم، يعني ضبط الكترونيكي صدا، جديد بوده و چيزي نمانده تا مراحل تكامل خود را پشت سر بگذارد و امروزه بسيار متداول شده و مي‌رود تا روشهاي مكانيكي قديمي را از رده خارج كند.
چگونگي ضبط ديجيتالي صدا

همانطور كه اطلاع داريد، هر سيگنال صوتي داراي چند مولفه اصلي از جمله: ارتفاع، فركانس و شدت مي‌باشد كه براي حفظ اصالت صداي اصلي تمام اين مولفه‌ها در هنگام ضبط صدا بايد رعايت شوند.

اساس ضبط تمام سيگنالهاي صوتي تبديل آنها به اطلاعات ديجيتالي، سپس نگاهداري آنها در واحدهاي حافظه مي‌باشد.
«ديجيت يا ديجيتال» در زبان انگليسي به معناي عدد، رقم و شمره مي‌باشد، پس چنين مي‌توان دريافت كه در اين روش اطلاعات مورد استفاده در تمام موارد ـ ‌اعم از صوت يا تصوير ـ نه بر اساس ولتاژ و جريان بلكه بر اساس كدهاي عددي مانند صفر و يك (۰ـ ۱) تعريف مي‌شوند.

واحدهاي حافظه ديجيتال مي‌توانند حافظه‌هاي غير فرار مانند ديسكهاي نوري يا مدار مجتمع EPROM يا حافظه‌هاي قابل ضبط مانند: ديسكهاي مغناطيسي، نوارهاي ضبط مغناطيسي و يا مدارات مجتمع استاتيك (پايدار) موسوم به STATIC RAM و يا حافظه‌هاي ديناميك (پويا) موسوم به DYNAMIC RAM باشند كه مدار مورد نظر ما از اين نوع بوده و اختصاص DRAM ناميده مي‌شود.

در اين قسمت (صفاپور) توضيحات بسيار مفصلي در رابطه با مطالبي مانند:‌ الكترونيك ديجيتال، آنالوگ، مبدل آنها به همديگر، بيت و بايت، حافظه‌هاي استاتيك و ديناميك و غيره ارائه داده‌اند كه توضيح آنها متناسب با اين كتاب تشخيص داده نشد و حذف شدند. (مولف).
مشخصات مدار ارائه شده ضبط و پخش ديجيتالي

توسط آي سي مدار مجتمع HT8658 توسط شركت سازنده آن:
ـ تغذيه نامتقارن ۵/۴ تا ۵/۵ ولت حداكثر.
ـ ‌الگوريتم‌بندي ADM
ـ مدار رابط داخلي براي ۴ مدار مجتمع ديناميك ۲۵۶ كيلوبايت يا ۳ مدار مجتمع حافظه ديناميك يك مگا بيت
ـ‌ دو مرحله تقويت آمپلي فاير داخلي مخصوص تقويت ميكروفون.
ـ ‌فيلتر داخلي پايين‌گذر براي حذف فركانسهاي فراهم.
ـ سرعت نمونه‌برداري از سيگنال صوتي قابل تنظيم از ۱۱ كيلو بيت در ثانيه تا ۳۲ كيلو بيت در ثانيه
ـ LED نمايشگر عملكرد وضعيت مدار مجتمع
ـ قابليت پخش اتوماتيك صدا

كاربرد مدار
جعبه‌هاي پيغام‌گير ـ ‌ضبط صوتهاي غير مكانيكي ـ‌ اسباب‌بازيهاي سخنگو ـ ‌ساعت سخنگو و اذان‌گو ـ ‌جواب دهنده و سكرتر تلفني ـ دزدگير و پيغام دهنده به پليس و تلفنهاي مورد لزوم ـ عروسك سخنگو و ده‌ها مورد مصرف ابتكاري و غيرقابل پيش‌بيني كه هر كدام مي‌تواند در نوع خود با تغييراتي يك پروژه دانشجوئي يا پروژه براي جشنواره‌هاي علمي مانند «جشنواره خوارزمي»‌ مورد استفاده قرار گيرد.
تشريح عمومي مدار

مدار مجتمع HT 8658 يك مدار مجتمع از نوع CMOS بوده داراي مقياس مجتمع‌سازي LST مي‌باشد يعني شامل چند هزار گيت داخلي بوده و براي كاربردهاي ضبط صدا ساخته شده است.

صرف نظر از قسمت (رست) ‌آن، بقيه قسمتهاي آن با مدار مجتمع HT 8658 يكسان است.
بدين معني كه زمان لازم رست شدن ۵۹ حداقل ۲ ثانيه است در حاليكه براي آي سي ۵۸ حداقل ۴ ثانيه مي‌باشد ساختمان داخلي اين مدار مجتمع تشكيل شده از مدار رابط براي ارتباط با حافظه‌هاي ديناميك، آمپلي فاير، واحدهاي مبدل ديجيتال به آنالوگ و بر عكس و يك فيلتر پايين گذر داخلي.
عمل نمونه‌برداري سيگنال صوتي با ۴ سرعت مختلف (۱۱ كيلو بيت ـ ‌۱۶ كيلو بيت ـ ۲۲ كيلو بيت ـ ‌۳۲ كيلو بيت) ‌در ثانيه امكانپذير است كه اين مسئله زمان ضبط و پخش را از ۸ ثانيه تا ۷۰ ثانيه تغيير مي‌دهد.

اما بايد بدانيد كه هر قدر زمان نمونه برداري كمتر شود، به همان مقدار از كيفيت صدا كاسته مي‌شود.
اين اي سي در دو شكل مكعبي مسطح و مستطيل ۲۸ پايه بسته‌بندي شده استاندارد ارائه مي‌گردد.

تنها دو نمونه از اين اي سي موجود است. نوع A كه در آن خروجي صدا بصورت فركانس ارائه مي‌گردد.
نوع B كه خروجي آن بصورت ولتاژ است كه هر دو آنها را بايد به يك آمپلي فاير خارجي وصل نمود.
ترتيب پايه‌هاي دو نوع A، B در صفحه يك كاتالوگ اين آي سي آمده است.

شرح كاربردي مدار مجتمع
براي تنظيم حالات مختلف عملكرد مدار مجتمع HT8658 برنامه‌ريزي حالات از طريق ورودي‌هاي ASO تا AS6 صورت مي‌گيرد.
بعد از وصل مدار به تغذيه بايد كليد رست براي حداقل ۴ ثانيه بصورت ممتد فشار داده شود.
در اين صورت مدار مجتمع حالات تنظيم شده توسط سوئيچهاي مربوطه ASO تا AS6 را براي تعيين حالت گاز خود منتقل مي‌كند.
پايه‌هاي ASO تا ASO در حالت عادي توسط مقاومت بالا كشنده از داخل به مثبت تغذيه وصل هستند.
بنابراين در حالت عادي تمام ورودي‌ها در وضعيت (۱)‌ ديجيتالي قرار دارند و تنها در صورتي به (O)‌ ديجيتالي تبديل مي‌شوند كه توسط يك مقاومت به شاسي وصل شوند.

دقت كنيد!
۰ = كد صفر با اتصال شاسي به ورودي مورد نظر مي‌تواند ايجاد گردد.
۱ = كد يك بدون اتصال شاشي به ورودي مورد نظر مي‌توان ايجاد گردد.

X = حالت بي‌تفاوت. اين حالت در جدول يعني هر نوع حالات كليدها در عمل تاثير ندارند.
در هنگام تنظيم هر پارامتر، تنها ورودي مربوط را مورد توجه قرار داده، بقيه وروديها را بي‌اثر فرض نمائيد.
بعنوان مثال براي انتخاب سرعت دلخواه فقط دو ورودي AS1, ASO را در نظر بگيريد و براي انتخاب تعداد حافظه‌ها تنها دو ورودي AS3, AS2 را در نظر بگيريد.
فلوچات وضعيت نرمال (AS6=1-AS4=1)

در آغاز LED خاموش است. اگر كليد REC فشار داده شود، عمليات ضبط آغاز شده LED روشن خواهد شد. بعد از پر شدن حافظه عمل ضبط خودبخود متوقف و LED خاموش مي‌شود.

اگر حافظه پر نشده باشد و كليد REC دوباره فشار داده شود، ضبط همانجا خاتمه مي‌يابد و محتويات شمارنده مقدار حافظه M است. يعني M آدرس حافظه ضبط شده است و بقيه هنوز خالي است كه در هنگام ضبط هرگاه دوباره كليد REC فشار داده نشود، عمل ضبط تا پر شدن كامل حافظه ادامه خواهد داشت.
اگر كليد REC فشار داده نشود و همينطور كليد PLAY (پخش) هم فشار داده نشود، LED خاموش مانده اتفاقي نميافتد.
اگر كليد PLAY فشار داده شود و قبلاً هيچ ضبطي صورت نگرفته باشد، مدار باز متوقف مانده به اول باز مي‌گردد.

ولي اگر محتويات كانتر ضبط مساوي صفر نباشد، عمل پخش صدا آغاز مي‌شود. سپس بار ديگر محتويات در شمارنده پخش و ضبط مقايسه مي‌شوند.
اگر هر دو برابر باشد، تمامي صداي ضبط شده، پخش و عمل متوقف مي‌شود. در غير اينصورت، همچنان كه پخش ادامه دارد اگر اين كليد مجدداً فشار داده شود (PLAY)، عمليات پخش متوقف مي‌شود و محتويات كانتر برابر با n خواهد بود.
يعني مقدار N آدرس از حافظه پخش شده است و اگر كليد دوباره فشار داده شود، باقيمانده حافظه نيز تا زمانيكه N=M گردد، پخش خواهد شد. يعني تمام حافظه ضبط شده يك بار بصورت كامل پخش مي‌شود.

فلوچات وضعيت پخش خودكار( AS4=0-AS6=1)
در اين مرحله كليه مراحل همانند مرحله معمولي است با اين تفاوت كه پس از ضبط تمام حافظه و يا پس از اينكه سوييچ فشاري REC بعنوان مكث (PAUSE)‌ دوباره فشار داده شود، مدار مجتمع بصورت اتوماتيك اقدام به پخش خودكار خواهد كرد.
انتخاب سرعت ضبط و پخش

الف ـ سرعت ۳۲ كيلو بيت در ثانيه (حداكثر سرعت ـ حداكثر كيفيت ـ حداقل زمان)
براي اين حالت فقط R14, R12 در محل خود مونتاژ مي‌شوند. حداكثر زمان ۸ ثانيه با بهترين كيفيت ضبط خواهد بود.
ب ـ ‌سرعت ۲۲ كيلو بيت در ثانيه (سرعت نسبتاً زياد ـ كيفيت متوسط خوب ـ حداكثر زمان ۶/۱۱ ثانيه) در اين حالت كافي است فقط مقاومت R14 مونتاژ شود و R12 حذف شود.

ج ـ سرعت ۱۱ كيلو بيت در ثانيه (سرعت متوسط ـ كيفيت پائين ـ حداكثر زمان ۱۳ ثانيه)
در اين حالت فقط R12 مونتاژ و R14 از مدار حذف خواهد شد.

دـ سرعت ۱۶ كيلو بيت در ثانيه (‌سرعت بسيار پايين ـ ‌كيفيت بد ـ حداكثر زمان ۱۶ ثانيه)
در اين حالت هيچكدام از مقاومتهاي R14, R12 مونتاژ نخواهند شد.

مدار مجتمع ۸۶۵۸ HTاز نظر سرعت نمونه‌برداري و حداكثر زمان ضبط برتري كاملي براي سي ۵۱۰۰ UM (جلد ۳) دارد. زيرا سرعت نمونه‌برداري صدا در ۵۱۰۰ حداكثر ۲۸ كيلو بيت در ثانيه و حداقل ۱۰ كيلو بيت در ثانيه است. در حاليكه ۵۱۰۰ حداكثر ۲۸ كيلو بيت در ثانيه و حداقل ۱۰ كيلو بيت در ثانيه است در حاليكه اين سرعت در ۸۶۵۸ HT حداكثر ۳۲ و حداقل ۱۲ كيلو بيت در ثانيه است.

آي سي ۵۱۰۰ همراه يك حافظه ۶۲۲۵۶ كه داراي حداكثر حافظه است، فقط مي‌تواند بين ۹ تا ۲۶ ثانيه صدا ضبط كند و مدار پيچيده‌تري هم دارد.
در حاليكه اين مدت براي ۸۶۵۸ HT بين ۹۴ تا ۲۷۲ ثانيه خواهد بود.

فركانس ضبط شده در ۵۱۰۰ حداكثر فركانس قابل ضبط HZ 1280 مي‌باشد در حاليكه در مدار مجتمع ۸۶۵۸ HT اين مقدار برابر HZ1408 تا HZ 4096 مي‌باشد كه كيفيت صداي ضبط شده را برتر مي‌سازد.
چنانكه قبلاً ديديم، مقدار سرعت نمونه برداري بطور مستقيم در فركانس صداي ضبط شده موثر است و در نتيجه هر قدر اين سرعت بيشتر باشد، صداي واقعي‌تري نسبت به صداي اصلي بدست خواهد آمد. اما در سرعت‌هاي پايين‌تر، هر چه زمان ضبط اطلاعات بيشتر باشد، اما صداي ضبط شده نيز دچار كاهش كيفيت خواهد شد.
ساده‌ترين مدار ضبط و پخش ديجيتالي
در اين قسمت ساده‌ترين مدار ضبط و پخش ديجيتالي با آي سي ۸۶۵۸ HT كه همراه فقط يك مدار مجتمع حافظه به شماره ۴۱۲۵۶ و يك مدار مجتمع كوچك صوتي به شماره ۸۲۰ TBA به همراه تعدادي قطعات الكترونيكي متفرقه ساخته مي‌شود به نظر شما مي‌رسد.
حداكثر زمان ضبط و پخش در اين مدار ۱۶ ثانيه بوده و براي مصارفي چون:‌ جعبه‌هاي پيام‌گو ـ عروسك سخنگو ـ ساعت سخنگو ـ دزدگير ـ ‌سكرتر تلفني و غيره كافي خواهد بود و نقشه‌هاي ضميمه براي ازدياد زمان ضبط و پخش در پايان خواهد آمد.
طرز مونتاژ مدار

ابتدا فيبر مدار چاپي را آماده كرده سپس به ترتيب زير شروع به مونتاژ قطعات نمائيد:
ـ ‌چهار عدد سيم اتصال جامپر (J) ‌مدار را در محل مربوطه لحيم نمائيد و چون سه عدد از اين جامپرها در زير IC! قرار گرفته است، قبل از هر كار بايد به لحيم آنها مبادرت شود.

ـ مقاومتها را در محل خود و با توجه به مقدار آنها قرار داده لحيم كنيد در حاليكه R11 تا R14 را فعلاً مونتاژ نخواهيد كرد.
مقدار مقاومت R1 را حدودw1 انتخاب كنيد و دقت كنيد موقع مونتاژ به فيبر نچسبيده با آن فاصله داشته باشد.
ـ ‌كليه خازنها را با رعايت صحيح قطبين آنها در محل مربوطه لحيم كنيد.
ـ دو عدد ديود را در محل خود و با رعايت جهت كاتد و آند لحيم كنيد. DZ1 يك عدد ديوززنر W1 و V1/5 مي‌باشد و D2 يك عدد LED از نوع ۳ ميليمتري به رنگ قرمز مي‌باشد.

ـ ميكروفون خازني را با رعايت جهت صحيح به مدار لحيم كنيد. قطب منفي ميكروفون به بدنه ميكروفون وصل شده است كه بايد به شاسي مدار چاپي (oV) منتقل شود.
دقت كنيد ميكروفون را از بهترين نوع و حتي‌الامكان مارك ژاپني انتخاب كنيد.
ـ پتاتسيومتر ۲۰ ياk 22 ا در محل مربوطه به p1 لحيم كنيد.

ـ بلندگوي W1ـ ۸ اهم را به محل SP كه با k1 نشان داده شده است اتصال دهيد.
ـ ‌سه عدد سوييچ فشاري S3, S2, S1 كوچك را كه از نوع دو پايه هستند به محلهاي مربوطه لحيم كنيد.

براي اطمينان از سلامت هر سه IC مخصوصا IC1 حتما زير آنها از سوكت استفاده كنيد.
حال قبل از اتصال باطري مدار و استفاده از آن در رابطه با اتصال مقاومتهاي R11 تا R14 كه حالات مختلفي را ايجاد خواهند كرد به مطالب زير توجه كنيد:‌
انتخاب حالت كار Ic سخنگو

۱ـ وضعيت پخش معمولي :
در اين وضعيت هر بار كليد PLAY فشار داده شود، در صورتيكه صدا قبلاً ضبط شده باشد، به همان شكل پخش مي‌شود.
و مي‌توان مانند ضبط صوت معمولي در حين پخش با فشار مجدد كليد، عمل پخش متوقف شده و با فشار مجدد دوباره از همان نقطه كه متوقف شده بود شروع به پخش كرد.
در اين حالت كليد ضبط REC نيز عناصر مانند كليد پخش عمل مي‌كند و مي‌توان با قطع و وصل آن چند جمله كوتاه را بطور جداگانه ضبط كرد.
براي انتخاب اين حالت بايد هيچكدام از دو مقاومت R13 , R11 مونتاژ نشوند.
۲ـ ‌وضعيت پخش خودكار:

در اين حالت هرگاه در هنگام ضبط صدا كليد REC دوباره فشار داده شود، قسمتي از حافظه كه ضبط شده پخش خواهد شد.
حال اگر دوباره كليد REC فشرده شود، عمل ضبط ت اتمام كامل حافظه انجام خواهد گرفت و بعد از آن دبون نياز به فشار كليد PLAY دوباره پخش خواهد شد. براي انتخاب اين حالت R11 مونتاژ و R13 حذف مي‌شود.
۳ـ ‌وضعيت تكرار اتوماتيك حافظه:

در اين حالت اگر كليد REC فشرده شود، عمليات ضبط بدون امكان توقف مجدد، تا پايان حافظه انجام گرفته و سپس بطور اتوماتيك همانند اكوي تكرار دايماً تكرار مي‌شود و فقط با فشار كليد RESET متوقف مي‌شود.
براي انتخاب اين حالت بايد هر دو مقاومت R11 و R13 مونتاژ شوند.

مرحله نهايي و بهره‌برداري از مدار:
ـ ‌تغذيه مدار را كه بين v6 تا V12 مي‌تواند باشد بطور صحيح به محل مربوطه وصل كنيد.
ـ ‌كليد (S3)RESET را به مدت حداقل ۴ ثانيه فشار دهيد تا D1 شروع به چشمك زدن نمايد.

ـ كليد ‌(S2)REC را فشار داده از طريق صحبت در ميكروفون شروع به ضبط نمائيد.
در اين حالت LED نوري دائماً‌ روشن خواهد بود.

ـ با فشار كليد (S1) PLAY صداي ضبط شده را پخش نمائيد.
ـ ‌هرگاه كليد S3 را به مدت كمتر از ۴ ثانيه فشار دهيد، محتويات شمارشگر صفر خواهد شد اما با فشار مجدد كليد S1 عمليات پخش از نقطه اول حافظه شروع به پخش خواهد كرد.

ـ قطع و وصل مجدد تغذيه مدار مجتمع سخنگو به طور اتوماتيك باعث RESET مدار مي‌شود و اگر بخواهيد هنگام قطع برق محتويات آن پاك نشود، يا بايد از باطري تغذيه استفاده كنيد و يا بوسيله يك عدد ديود ۱N4002 در خط مثبت تغذيه و اتصال باطري كتابي v9 به آن بعنوان برق اضطراري خواهد بود، از اين كار جلوگيري كنيد.

ـ ‌با تغيير وضعيت p1 مي‌توان شدت صوت مورد نظر را تنظيم كرد كه در اين صورت در خروجي K1 بجاي بلندگو، مي‌توانيد از يك آمپلي فاير خوب و قوي بهره‌مند شويد.
ـ استفاده از بلندگوي خوب بزرگ و مرغوب، بر كيفيت صداي پخش شده مي‌افزايد.
ـ در اين مدار مرغوبيت ميكروفون خازني خيلي اهميت دارد و بنده بعد از استفاده از سه نوع ميكروفون خازني مختلف تقريباً داشتم از صداي اين مدار نااميد مي‌شدم! كه ميكروفون پشت سبز ژاپني واقعي نجاتم داد و متوجه شدم بيشترين ايراد مربوط به ميكروفون مورد استفاده بستگي دارد.