Рябов В.Т. - Функции, структура и элементная база систем автоматического управления (1041593), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

ультрафиолетовых волн. Около двадцати минут под ультрафиолетовой

лампой – и схема все забыла. Стирать можно только все сразу. Запись ин-

формации осуществляется побайтно. Причем время записи составляет уже

не десятки наносекунд, как у схем статического ОЗУ, которые мы рас-

смотрим далее, а миллисекунды. При емкости памяти десятки и сотни ки-

лобайт это уже заметное время. Программирование проводят в специаль-

ных программаторах, для чего схема должна выниматься из платы, поэто-

му такие РПЗУ размещают в специальных колодках. Схемы с ультрафио-

летовым стиранием носят индекс РФ. Схемотехническое обозначение ИС

Рис.2.26. Схемо-

с ультрафиолетовым стиранием приведено на рис.2.26.

Для считывания информации необходимо задать адрес ячейки,

техническое обо-

затем выбрать кристалл, активизировав вывод CS , и подать разреше-

значение ИС с

ультрафиолетовым

ние выдачи OE . Содержимое адресуемой ячейки появится на выводах

стиранием.

D0…D7.

Существуют однократно программируемые схемы, у них про-

з рачное окошко отсутствует, поэтому они значительно дешевле.

Рис.2.27. Схе-

мотехническое

обозначение

статического ОЗУ.

62

Схемы с электрическим стиранием информации обозначают символами РЕ, они по-строены сходно со схемами с ультрафиолетовым стиранием. Оно также проводится по всей схеме, либо блоками путем подачи повышенного напряжения на подложку. Стирание , как и программирование проводится в специальном программаторе и сопряжено с выемкой схемы из платы.

Стремление упростить процесс перепрограммирования РПЗУ привело к созданию флешпамяти. В основе также транзистор с плавающим затвором, однако, окисел под ним столь 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 в ячейки. Стирание также производится блоками, либо всей схемы целиком, но, в отличие от электри-чески стираемого РПЗУ, непосредственно на плате.

Сейчас флешпамять – широко распространенный элемент, к которому все давно привык-ли. На схемах флешпамяти выполняют флешдиски, все активнее вытесняющие обычные диско-вые накопители, особенно в системах управления. Здесь обычно не требуется хранить исключи-тельно большие объемы информации, но требуется повышенная надежность. Особенно флеш-диски выигрывают при использовании в подвижных объектах, в которых гироскопический эф-фект обычных дисковых накопителей приводит к повышенным нагрузкам на опоры.

Циклы стирания РПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации сопряжены с об-лучением окисла и накапливанием в нем дефектов. При записи диффузия электронов через окисел также не проходит бесследно для его качества. Поэтому первые РПЗУ не выдержива-ли более десяти циклов перезаписи. Число циклов перезаписи для схем флешпамяти состав-ляет уже сотни тысяч. На первый взгляд это очень много, но, если флешпамять эмулирует диск, может оказаться не достаточно. Операционная система может достаточно активно ис-пользовать и нагружать дисковое пространство.

Разработаны специальные операционные системы, ориентированные на применение на флешдисках. Это флешДОС, специальные версии Neutrino и другие. Они равномерно загру-жают все дисковое пространство, не создавая временные файлы в одной и той же области.

Схемы оперативной памяти ОЗУ или памяти с произвольным доступом (Random Memory Access RAM) бывают статические и динамические. Основу ячейки динамической па-мяти составляет сформированный на кристалле конденсатор, заряд на котором, если он есть,

должен с некоторой периодичностью обновляться. Наличие или отсутст-вие заряда на конденсаторе и идентифицирует ноль или единицу. Схемы динамической памяти и формируют основной массив памяти современных персональных компьютеров. Мы много слышим о новых разновидностях этой памяти, о схемах, позволяющих совмещать чтение и запись, много-портовых ОЗУ и т.п. Но в системах управления стараются применять более надежное статическое ОЗУ, ячейки которых устроены так же, как ячейка регистра, представленная на рис. 2.24, б). При той же стоимости, динами-ческие ОЗУ на порядок и более объемны, или, при том же объеме – на по-рядок и более дешевы.

Схемотехническое обозначение статического ОЗУ на два килобайта приведено на рис.2.27. Для того чтобы считать информацию из памяти, сначала следует выставить адрес требуемой ячейки. Дешифратор памяти, управляющей памятью микроконтроллера (вспомните ИД7) активизирует

соответствующую схему, подав активный низкий уровень на CS . Затем

следует, удерживая высокий уровень на выводе W / R , подать активный

низкий уровень на разрешение вывода OE . С задержкой в несколько де-

сятков наносекунд от спада этого импульса содержимое адресуемой ячейки появится на вы-водах схемы D0..D7 и поступит на шину данных микроконтроллера.

63

Для записи информации сначала ее и адрес ячейки следует выставить на шину данных

и адресов. Дешифратор активизирует схему низким уровнем на CS . Затем, удерживая высо-

кий уровень на OE , следует подать отрицательный импульс на W /R и по его фронту инфор-мация будет записана в соответствующую выставленному адресу ячейку памяти.

Микропроцессор (микроконтроллер) сам проводит описанные здесь циклы по коман-дам 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 хранить свое содержимое при снятии основного питания. Такие схемы называют энергонезависимым ОЗУ . Для перевода схемы в режим хранения достаточно на выводе /CS поддерживать уро-вень логической единицы . Мы уже знаем, что потребление k-МОП схем при отсутствии пе-реключений крайне мало, также ведут себя и схемы статической памяти. Потребление с вы-вода /CS составляет единицы и даже доли микроампера и литиевой батарейки, подключен-ной к этому выводу хватает очень на долго. В персональном компьютере статическая ОЗУ используется в схеме часов, в ней хранится дата и начальные установки компьютера. Прихо-дилось ли Вам менять батарейку в компьютере?

Сегнетоэлектрическое ОЗУ (FRAM) Ядром сегнетоэлектрической оперативной памяти являются сегнетоэлектрические кристаллы, которые позволяют законченным FRAM-изделиям работать подобно ОЗУ, обеспечивая хранение данных без всякого внешнего энер-гопотребления. Когда электрическое поле прикладывается к сегнетоэлектрическому кри-сталлу, его центральные атомы смещаются и остаются в этом положении при снятии поля. Свойства конденсатора, роль диэлектрика в котором выполняет сегнетоэлектрическая плен-ка, меняются и ячейка памяти изменяет свое состояние.

Емкость современных интегральных FRAM (например, FM1608, выпускаемых фирмой Ramtron) составляет 64 килобайта и более.

Программируемые логические интегральные схемы ПЛИС. Это микросхемы с пе-

ременной структурой, содержащие набор ячеек КЛС и последовательностных схем. Притом, комбинация соединения этих ячеек может быть различной и задается пользователем. Таким образом, конкретная управляющая схема создается внутри этих БИС.

Первые ИС этого типа появились в начале 70-х годов. Фирма Texas Instruments выпус-тила программируемые с помощью маски ИС, в которых связи между различными ячейками задавались на последних этапах технологии. На поверхность ЧИПа в вакууме наносилась сплошная тонкая металлическая пленка, на которой с помощью фоторезистивного слоя фор-мировался рисунок, определяющий требуемое соединение ячеек. Затем пленка стравливалась с тех мест, где фоторезистивный слой не быль экспонирован и задублен. Такие ИС выполня-лись заказными, их функции устанавливал заказчик, но они не могли быть оперативно изме-нены в процессе эксплуатации.

Последующее совершенствование ПЛИС шло по пути повышения степени интегра-ции, совершенствования структуры размещения ячеек и создания устройств, которые могли бы оперативно изменять структуру (программироваться ) у заказчика. Металлические пере-мычки были заменены ключами на МОП транзисторах с плавающим затвором (см. рис. 2.25) или на МОП транзисторах, управляемых встроенным или внешним РПЗУ.

В настоящее время наибольшее распространение получили ПЛИС, построенные по архитектуре FPGA (Field Programmable Gate Array) . Они состоят из логических блоков и коммутирующих путей - программируемых матриц соединений. Логические блоки таких ПЛИС включают программируемые мультиплексоры, D- триггеры, а также цепи управления на КЛС. У современных ПЛИС емкостью до 1 миллиона эквивалентных вентилей, число ло-гических элементов достигает нескольких десятков тысяч. Настройка логических блоков и их взаимная коммутация осуществляется с помощью коммутирующих путей с ключами на МОП транзисторах. Их затворы управляются встроенным или внешним статическим ОЗУ или РПЗУ.

; U_a =U_d iN

64

БИС FPGA широко применяются в системах управления для создания устройств связи

объектом управления (УСО). Так, каналы дискретного контроля и управления контролле-ров и плат УСО фирмы Fastwel выполнены на БИС FPGA. Каждая БИС может быть перепро-граммирована в процессе работы и реализовать, или 24 канала контроля – управления, или измерять длительность импульсов по ряду каналов, или широтно-импульсное управление. В первом случае БИС выполняет функции набора регистров, доступных для записи и чтения с системной шины контроллера. Во втором – функции автономных счетчиков, запускаемых фронтом импульса и останавливаемых спадом. В третьем случае, наоборот, сами формируют

определенной частотой управляющие импульсы заданной длительности.

Характеристики

Список файлов книги