ХТКЭМ

Курсовой проект.

Тема:

Разработка блока динамического ОЗУ с мультиплексором кода адреса.

Выполнил Ерохин В.А.

Проверил Калинкина М.В.

2000г.

ХИМКИНСКИЙ ТЕХНИКУМ КОСМИЧЕСКОГО ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ

ЗАДАНИЕ

ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПО КУРСУ________________________________

_ ___3________КУРСА____Э-32 97__ГРУППЫ УЧАЩЕГОСЯ__Ерохина_________

Владимира Александровича

(фамилия, имя и отчество)

тема ЗАДАНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ_Разработка блок динамического ОЗУ с мультиплексором кода адреса емкостью 16К байт для 8-разрядных микропроцессорных устройств

При выполнении курсового проекта на указанную тему должны быть представлены:

1 .Пояснительная записка

______________________________________________________________________________________________________________________

2.Графическая часть проекта

ЛИСТ 1.________________________________________________________________________

2._________________________________________________________________

Дата выдачи ____________________________

Срок окончания ____________

Преподаватель-руководитель курсового проектирования .

Введение.

ОЗУ выполняют запись, хранение и считывание произвольной двоичной информации. Оно является основным устройством памяти цифровых систем, в котором хранятся программы, определяющие процесс текущей обработки информации и массив обрабатываемых данных. Современные цифровые системы ОЗУ строятся из специальных микросхем памяти, которые объединяются в соответствующий функциональный блок.

Целью курсового проекта является разработка блока динамического ОЗУ емкостью 16Кбайт для 8-разрядных микропроцессорных устройств и закрепление полученных в процессе изучения дисциплины ЭВМ системы, комплексы и сети знаний по динамической памяти.

1.Организация работы блока динамического ОЗУ с мультиплексором кода адреса.

Для реалезации усройства необходимы: накопитель информации, состоящий из микросхем памяти (модуль памяти), и схемы управления.

Структурная схема такого блока показана в приложении 4.

Модуль памяти, обозначаемый как DD1-DD8 на функциональной схеме (приложение 5), построен на микросхемах К565РУ3Г путем соединения их одноименных выводов, кроме информационных. Сигналы RAS и CAS формирует контроллер ОЗУ CLC. , сигнал MWTC с шины управления подан на вход W/R. Для снижения степени рассогласования с ТТЛ управляющими элементами целесообразно подключение всех адресных и управляющих линий ко входам микросхем памяти осуществлять через резисторы с сопративлением 20-30 Ом.

Буфер выходных данных DD13 реализован на парралельном 8-разрядном регистре КР580ИР82. Сигнал управления регистром вырабатывает контроллер ОЗУ. Сигнал ОЕ управляет выходами: при 0 они открыты для считывания, при 1-переходят в третье состояние, сигнал СЕ управляет входами: при 1 они открыты для записи, при 0 блокированы.

В блоке ОЗУ буферизованы только его выходные линии.

Мультиплексор DD9-DD12 выполненный на схемах К555КП2 обеспечивает последовательный во времени ввод адресного кода строк AX {AO-A7} и столбцов AY {A8-A15} в модуль ОЗУ.

Адресные сигналы поступают на входы D0.0, D1.0 и D0.1, D1.1 мультиплексорных микросхем и коммутируются на выхды под управлением сигнала на входе SED2(AY/AX) при наличии на другом управляющем входе SED1(REF) уровня 0. Условия коммутации сигналов: при AY/AX=0 к выходам подключаются каналы D0.0, D0.1 и, следовательно, на адресные входы ОЗУ поступает адрес строк AX; при AY/AX=1 к выходам подключаются каналы D1.0, D1.1 и к ОЗУ направляется код адреса столбцов AY.

Сигналы управления: REF- признак режима регенерации и AY/AX-сигнал мультиплексирования каналов, вырабатывает контроллер.

В режиме регенерации REF=1 и мультиплексор коммутирует на выходы при изменении AY/AX каналы D2.0, D3.0 и D2.1, D3.1. Но так как указанные каналы попарно соединены, то на результат коммутации сигнал AY/AX влияния не оказывает: при любых его значениях на выходы мультиплексора поступают адреса регенерации AR, вырабатываемые счетчиком контроллера. Эти сигналы адресуют только строки, сигналы адреса столбцов в этом режиме на адресных входах отсутствуют.

При отсутствии обращения к ОЗУ, ОЗУ работает только в режиме регенерации. С каждым тактом контроллер формирует сигналы RAS, REF и код адреса очередной строки, и инициирует работу модуля памяти по циклу регенерации.

Процесс регенерации прекращается при обращении микропроцессора к ОЗУ, и контроллер обрабатывает требование микропроцессора. В конце цикла обращения контроллер переводит блок ОЗУ в режим регенерации, продолжая этот процесс с адреса, на котором он был прерван.

Регенерация, осуществляемая по описанному алгоритму называется “ прозрачной”: она незаметна для микропроцессора и не снижает скорость обработки программ. Условием для применения этого способа является наличие временных интервалов между двумя любыми обращениями микропроцессора к ОЗУ, достаточных для проведения одного цикла регенерации, т.е. регенерации при обращении к модулю ОЗУ по одному адресу.

Например, алгоритмом работы микропроцессора К580ВМ80 такие интервалы предусмотрены: минимальный цикл между двумя любыми обращениями к памяти состоит из трех тактовых периодов.

При номинальной частоте генератора 18МГц длительность такта равна 0.5 мкс. Если учесть, что на выполнение одного цикла регенерации микросхем К565РУ3Г требуется 370 нс, то очевидна возможность реализации.

2.1.Принцип работы микросхемы динамических ОЗУ К565РУ3Г

В микросхемах памяти динамического типа функции ЭП выполняет электрический конденсатор, образованный внутри МДП структуры. Информация представляется в виде заряда: наличие заряда на конденсаторе соответствует логической 1, отсутствие-логическому 0. Поскольку время сохранения конденсатором заряда ограничено, предусматривают периодическое восстановление (регенерацию) записанной информации. Кроме того, для них необходима синхронизация, обеспечивающая требуемую последовательность включений и выключений функциональных узлов.

Для изготовления микросхем динамического ОЗУ в основном применяют n-МДП технологию, которая позволяет повышать быстродействие и уровень интеграции микросхем, обеспечивать малые токи утечки и за этот счет увеличивать время сохранения заряда на запоминающем конденсаторе.

- в ыход на три состояния;

DI- входные данные; W/R- запись-считывание;

DO- выходные данные; A- адрес;

RAS- строб адреса строки;

CAS- строб адреса столбца;

Микросхема К565РУ3Г информационной емкостью 16Кx1бит. В ее структурную схему (приложение 1) входят выполненные в одном кремниевом кристалле матрица накопителя, содержащая 16384 элементов памяти, расположенных на пересечениях 128 строк и 128 столбцов, 128 усилителей считывания и регенерации, дешифраторы строк и столбцов, устройство управления, устройство ввода-вывода и мультиплексный регистр адреса.

Матрица накопителя разделена на две части по 64x64 ЭП в каждой. Между ними размещены усилители, так что каждый столбец состоит из двух секций, подключенных к разным плечам усилителя (приложение 2).

Элемент памяти собран по одно-транзисторной схеме и включает конденсатор Cij. Транзистор выполняет функции ключа: при сигнале на адресной шине строки Xi=1 он открывается и соединяет конденсатор Cij с j-разрядной шиной. Предварительно в паузах между обращениями к накопителю емкости полушин США и СШБ заряжает источник напряжения UO через открытые ключевые транзисторы VT5 и VT6. При обращении к накопителю эти транзисторы закрываются и изолируют полушины Aj и Bj от источника напряжения UО

Запоминающий конденсатор Сij выбранного ЭП подключается через открытый транзистор Vtij к полушине Aj и изменяет ее потенциал. Это изменение незначительнo, тк емкость запоминающего конденсатора равная 01-02 пФ много меньше емкости шины Поэтому для индикации малого изменения потенциала шины при считывании информации применен высоко чувствительный дифференциальный усилитель тригерного типа на транзисторах VT1-VT4 включенный в середину РШ

Кроме массива ЭП и усилителей матрица имеет в своей структуре опорные элементы (ЭО) по одному елементу в каждой полушине Эти элементы вкаждой половине матрицы состовляют опорную строку (ОС)

Опорный элемент построен аналогично запоминающему Его назначение состоит в поддержании опорного напряжения UO c которым усилитель сравнивает потенциал полушины с выбранным ЭП и реагирует на получающуюся при сравнении разность

потенциалов положительного и отрицательного знака в зависимости от считываемого уровня

Эта операция происходит следующем образом: если выбрана для обращения строка верхней полуматрицы Xi  то сигнал А6 старшего разряда кода адреса строки коммутирует в селекторе опорной строки цепь через ключевой транзистор VT12 для сигнала F2 к ОС2 расположенной в нижней полуматрице Таким образом в каждом из 128 столбцов к усилителю с разных сторон подключены ЭП и ЭО Поскольку потенциал полушины с ЭП отличается от опорного в проводимости транзисторов разных плеч усилителя-триггера появляется асимметрия которая при включении цепи его питания сигналом F3 вызывает опрогидование триггера по преобладающему уровню В итоге на выходах-входах А и В триггера формируются полные уровни 1 и 0 Тот из сигналов который отражает считываемую информацию в данном примере сигнал с плеча А коммутируется на вход устройства вывода через ключевые транзисторы VT7VT9 и VT10 открываемые сигналами А6 F4 и Yj Очевидно считан может быть только один сигнал с выбранного дешифратором столбца : Yj=1 У остальных столбцов ключи VT10 закрыты  Сигнал F4 зависит от наличия сигнала CAS: при отсутствии последнего он не формируется и ключ VT9 закрыт

Сигнал на входе-выходе А триггера-усилителя выполняет также функцию восстановления уровня заряда запоминающего конденсатора Cij , т.е. функцию регенерации информации. Причем эта операция происходит во всех ЭП выбранной строки одновременно.

Таким образом, при каждом обращении к матрице для считывания информации автоматически осуществляется регенерация информации во всех ЭП, принадлежащих выбранной строке.

Для адресации 16 К элементов памяти необходим 16-разрядный код, а у микросхемы только восемь адресных входов. С целью уменьшения числа необходимых выводов корпуса в микросхемах динамического ОЗУ код адреса вводят по частям: вначале семь младших разрядов АО-А7, сопровождая их стробирующим сигналом RAS, затем семь старших разрядов А8-А15 со стробирующим сигналом CAS. Внутри микросхемы коды адреса строк и столбцов

фиксируются на адресном регистре, затем дешифруются и осуществляют выборку адресуемого ЭП.

Таблица истинности микросхемы К565РУ3Г

Для формирования внутренних сигналов F1-F4, управляющих включением и выключением в определенной последовательности функциональных узлов микросхемы, в ее структуре предусмотрено устройство управления, для которого входными являются сигналы RAS,CAS,W/R.

Устройство ввода-вывода обеспечивает ввод одного бита информации DO в режиме считывания и ввод одного бита информации DI с ее фиксацией с помощью триггера-защелки в режиме записи. Во всех режимах, кроме режима считывания выход принимает высокоомное (третье) состояние. Наличие у выхода высокоомного состояния позволяет объединять информационные вход и выход при подключении микросхемы к общей информационной шине.