Гл2_06 (1031651), страница 9
Текст из файла (страница 9)
2.36.сигнала синхронизации, на рис. 2.36,б) – статический, переключаемый низким уровнем, на рис. 2.36,в) – динамический, переключаемый фронтом сигнала синхронизации. Завершает комбинацию динамический D-триггер,переключаемый при спаде сигнала синхронизации.Очевидно, Вы знакомы с различными типами триггеров: счетчиками, JK-триггерами.Как отдельные ИС малой степени интеграции в САУ эти элементы сейчас практически неупотребляются и интересны нам, как основа построения регистров и ячеек памяти.R 1QR0011S Q Q0 Q i-1 Q i-11 1 00 0 11 ЗапрещеноБ. РегистрыРегистр ИР22 представляет из себя восьмиразрядный регистр на статическихD-триггерах с тремя состояниями выхода.
Статические триггеры иногда называюттриггерами с потенциальным входом синхронизации. Его схемотехническое обозначение и функциональная схема одной ячейки приведена на рис. 2.37,а) и б) соответственно. Восемь параллельных ячеек имеют общие входы синхронизации и разрешения выхода. Выпускается в серии ТТЛШ и k-МОП. Не трудно догадаться, что запись в регистр осуществляется при низком уровне на входе синхронизации, но содержимое Dтриггеров появляется на выходе только после перевода вывода ОЕ` в низкое состояние.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им.
Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru84Регистр ИР28 является динамическим аналогом ИР22. Запись осуществляется по фронту импульса синхронизации. Для того, чтобы записать инфорQi мацию, необходимо на входах D выставить требуемые уровни сигналов, затем сформировать отрицательный импульс на входе синхронизации и при егоокончании (появлении перехода из нуля в единицу фронте) информация будет переписана в регистр. Такие регистры удобно подсоединять к типовым микропроцессорам. Линию записи WR` микропроцессора, а она активна в низком уровне, можно непосредственно присоединять к выводу синхронизации С.D RG Q00Di D T1122C3344C55OE6677б)Ca)OEРис.
2.37.В. Схемы памятиРечь здесь идет не о памяти вообще, а об электронных схемах памяти. Память делят на постоянную или масочно программируемую (ПЗУ), репрограммируемую и оперативную. В постоянное или масочно программируемое ПЗУ программный код зашивается в процессе его производства и изменен быть не может.
Такие ИС применяют для устройств массового применения при стабильной программе выпуска. В САУ технологическим оборудованием ПЗУ применяют крайне редко.EPROMРепрограммируемые постоянные запоминающие устройства РПЗУ программируются у пользователя. Основу современных РПЗУ составляет МОП транзистор с плавающим затвором (рис. 2.38). Плавающий затвор никуда не присоединен и находится вслое окисла под основным управляющим затвором.плавающий затворзатворстокизоляторПри подаче на управляющий затвор положительногоистокнапряжения около 20…25 В, электроны с подложкидиффундируют через изолятор (окись кремния SiO2)ppnи собираются на плавающем затворе.
При этом ихэлектрическое поле блокирует действие управляющеподложкаканалго затвора и состояние МОП-транзистора уже измеРис. 2.38.нить нельзя, он все время будет закрыт. В то время,как МОП транзисторы с незаряженным плавающим затвором управляются (открываютсяи закрываются). Заряд на плавающем затворе сохраняется десятилетия и все это времясхема памяти, составленная из МОП транзисторов с плавающими затворами будет хранить записанный в нее код.Для стирания информации необходимо снять заряд с плавающего затвора.
Это делают двумя путями – облучением кристалла ультрафиолетовым излучением, либо подачейна подложку положительного напряжения относительно управляюA0D0A1D1щего затвора.D2A2Для того чтобы ультрафиолетовое излучение попало на окисел,D3A3D4A4в корпусе ИС над кристаллом делают кварцевое окошко, прозрачноеD5A5D6A6для ультрафиолетовых волн. Около двадцати минут под ультрафиолеD7A7товой лампой – и схема все забыла. Стирать можно только все сразу.A8A9Запись информации побайтно. Причем время записи составляет ужеA10недесятки наносекунд, как у схем статического ОЗУ, которые мыUPRрассмотрим далее, а миллисекунды.
При емкости памяти десятки иOE5V0VCSсотни килобайт это уже заметное время. Программирование проводятв специальных программаторах, для чего схема должна выниматьсяРис. 2.39.из платы, поэтому такие РПЗУ размещают в специальных колодках.Схемы с ультрафиолетовым стиранием носят индекс РФ. Схемотехническое обозначениеИС с ультрафиолетовым стиранием приведено на рис. 2.39.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н.
Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru85Для считывания информации необходимо задать адрес ячейки, затем выбрать кристалл, активизировав вывод CS` и подать разрешение выдачи ОЕ`. Содержимое адресуемой ячейки появится на выводах D0…D7.Существуют однократно программируемые схемы, у них просто прозрачное окошко отсутствует, поэтому они значительно дешевле.Схемы с электрическим стиранием информации обозначают символами РЕ, онипостроены сходно со схемами с ультрафиолетовым стиранием.
Оно также проводится повсей схеме, либо блоками путем подачи повышенного напряжения на подложку. Стирание, как и программирование проводится в специальном программаторе и сопряжено свыемкой схемы из платы.Стремление упростить процесс перепрограммирования РПЗУ привело к созданиюфлешпамяти. В основе также транзистор с плавающим затвором, однако окисел под нимстоль тонок (порядка ста нанометров), что пяти вольт достаточно, чтобы плавающий затвор зарядился. Схема флешпамяти может программироваться непосредственно на плате,но для этого нужна специальная программа, многократно записывающая информацию вячейки.
Стирание также производится блоками, либо всей схемы целиком, но, в отличиеот электрически стираемого РПЗУ, непосредственно на плате.Сейчас флешпамять – широко распространенный элемент, к которому все давнопривыкли. На схемах флешпамяти выполняют флешдиски, все активнее вытесняющиеобычные дисковые накопители, особенно в системах управления.
Здесь обычно не требуется хранить исключительно большие объемы информации, но требуется повышенная надежность. Особенно флешдиски выигрывают при использовании в подвижных объектах, вкоторых гироскопический эффект обычных дисковых накопителей приводит к повышенным нагрузкам на опоры.Циклы стирания РПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации сопряжены соблучением окисла и накапливанием в нем дефектов. При записи диффузия электроновчерез окисел также не проходит бесследно для его качества.
Поэтому первые РПЗУ не выдерживали более десяти циклов перезаписи. Число циклов перезаписи для схем флешпамяти составляет уже сотни тысяч. На первый взгляд это очень много, но, если флешпамять эмулирует диск, может оказаться не достаточно. Операционная система может достаточно активно использовать и нагружать дисковое пространство.Разработаны специальные операционные системы, ориентированные на применение на флешдисках.
Это флешДОС, специальные версии Neutrino и другие. Они равномерно загружают все дисковое пространство, не создавая временные файлы в одной и тойже области.RAMСхемы оперативной памяти ОЗУ или памяти с произвольным доступом (RandomMemory Access RAM) бывают статические и динамические. Основу ячейки динамической памяти составляет сформированный на кристалле конденсатор, заряд на котором, если он есть, должен с некоторой периодичностью обновляться. Наличие или отсутствие заряда на конденсаторе и идентифицирует ноль или единицу.
Схемы диA0D0намической памяти и формируют основной массив памяти современныхA1D1A2D2персональных компьютеров. Мы много слышим о новых разновидноA3D3стях этой памяти, о схемах, позволяющих совмещать чтение и запись,D4A4D5A5многопортовых ОЗУ и т.п. Но в системах управления стараются примеD6A6нять более надежное статическое ОЗУ, ячейки которых устроены такA7D7A8же, как ячейка регистра, представленная на рис. 2.37,б) и сложнее, чем уA9A10схем динамической памяти. При той же стоимости, динамические ОЗУW/Rна порядок и более объемны, или, при том же объеме – на порядок и боOE5Vлее дешевы.0VCSСхемотехническое обозначение статического ОЗУ на два килоРис.
2.40.байта приведено на рис. 2.40. Это старая схема К537РУ8 приведеназдесь просто, чтобы проще было ее нарисовать и разобраться в ее работе. В новых разраРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru86ботках эту схему практически не применяют, хотя современные аналоги устроены точнотакже.Для того чтобы считать информацию из памяти, сначала следует выставить адрестребуемой ячейки. Дешифратор памяти, управляющей памятью микроконтроллера(вспомните ИД7) активизирует соответствующую схему, подав активный низкий уровеньна CS`.
Затем следует, удерживая высокий уровень на выводе W`/R, подать активный низкий уровень на разрешение вывода ОЕ`. С задержкой в несколько десятков наносекунд отспада этого импульса содержимое адресуемой ячейки появится на выводах схемы D0…D7и поступит на шину данных микроконтроллера.Для записи информации сначала ее и адрес ячейки следует выставить на шину данных и адресов. Дешифратор активизирует схему низким уровнем на CS`. Затем, удерживая высокий уровень на OE`, следует подать отрицательный импульс на W`/R и по егофронту информация будет записана в соответствующую выставленному адресу ячейкупамяти.Микропроцессор (микроконтроллер) сам проводит описанные здесь циклы по командам чтения и записи.
Важно, чтобы такт записи-чтения микропроцессора по временным промежуткам соответствовал допустимым временам и задержкам для схемы памяти.В этом следует предварительно убедиться по соответствующей документации.ИС статической памяти, выполненные по k-МОП технологии, способны хранитьсвое содержимое при снятии основного питания. Такие схемы называют энергонезависимым ОЗУ.
Для перевода схемы в режим хранения достаточно на выводе CS`поддерживатьуровень логической единицы. Мы уже знаем, что потребление k-МОП схем при отсутствии переключений крайне мало, также ведут себя и схемы статической памяти. Потребление с вывода CS` составляет единицы и даже доли микроампера и литиевой батарейки,подключенной к этому выводу хватает очень на долго. В персональном компьютере статическая ОЗУ используется в схеме часов, в ней хранится дата и начальные установкикомпьютера. Приходилось ли Вам менять батарейку в компьютере?Сегнетоэлектрическое ОЗУ (FRAM) Ядром сегнетоэлектрической оперативнойпамяти являются сегнетоэлектрические кристаллы, которые позволяют законченнымFRAM-изделиям работать подобно ОЗУ, приэтом обеспечивая энергонезависимость храненияданных без всякого внешнего энергопотребления.
Не нужно даже подавать логической единицы на вывод CS`, как у энергонезависимых статических ОЗУ.Когда электрическое поле прикладываетсяк сегнетоэлектрическому кристаллу, его центральные атомы смещаются и остаются в этомположении при снятии поля. Свойства конденсатора, роль диэлектрика в котором выполняетсегнетоэлектрическая пленка, меняются и ячейкапамяти изменяет свое состояние.ЕмкостьсовременныхинтегральныхFRAM (например, FM1608, выпускаемых фирмой Ramtron) составляет 64 килобита и более.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
