63704 (589011), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

2.3 ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ I²C

Цифровая система (шина) управления I²C разработана фирмой Philips для применения в бытовой радиоаппаратуре и, в частности, в телевизорах[12]. Она обеспечивает пересылку цифровой информации (данных) и управление микросхемами, имеющими интерфейсы I²C. Включение последних в состав МС существенно уменьшает число их управляющих выводов и упрощает трассировку печатной платы.

Помимо I²C, существуют и другие разновидности систем (шин) управление аппаратурой, например, S-шина, разработанная фирмой SGS-Thomson, или IM-шина, предложенная фирмой ITT. Однако, система I²C пока наиболее распространена. Ее название происходит от английской аббревиатуры IIC - inter integrated circuit, обозначающей связь между интегральными МС.

I²C представляет собой последовательную двухпроводную магистраль, позволяющую передавать поток цифровой информации в обоих направлениях со скоростью до 100 кбит/с. К магистрали I²C подключают одновременно несколько интегральных МС, причем каждая имеет свой индивидуальный адрес. Ограничением при этом служит суммарная емкость, которая не должна превышать400 пФ. Максимальная длина магистрали - 4 м.

Подключаемые интегральные МС могут быть ведущими, инициирующими обмен информацией (например, микроконтроллеры управления), и ведомыми Причем к магистрали I²C одновременно можно подключить несколько ведущих устройств, так как в ней поддерживается процедура арбитража (состязания). Шина I²C образована двумя двунапрвленными последовательными линиями: данных – SDA и тактовой частоты (синхронизации) – SLC. Каждая линия должна быть подключена к плюсовому проводнику источника питания через резистор R.Схема их пдоключения изображена на рисунке 2.3.1 Выходные каскады МС, подключаемых к шине, имеют открытый сток или открытый коллектор. Резистор R обеспечивает уровень 1 при закрывании всех транзисторов.

Передача информации по шине I²C обеспечивается по битно. Каждому передаваемому биту по линии SDA соотвеотствует генерируемый тактовый импульс на линии SLC. Передаваемая информация в виде постоянного уровня 1ил 0 на линии SDA в течении тактового импульса на линии SLC (уровень 1) должна быть неизменной. Смена информации происходит только в состоянии 0 линии SLC. Эта ситуация показана на рисунке 2.3.2.

В магистрали I²C передача информации начинается с режима "Старт", а заканчивается режимам "Стоп". Эти условия формируется ведущим устройством и их вид представлен диаграммой на рисунке 2.3.3. Режим "Старт" возникает при переходе уровня на линии SDA из состояния 1 в 0 при уровне 1 на линии SLC. Притом же уровне 1 на линии SLC во время перехода на линии SDA уровня из состояния 0 в1 формируется режим "Стоп".После режима "Старт" магистраль считается занятой и освобождается только после режима "Стоп".

Информация передается по шине I²C в виде последовательных байтов, состоящих из восьми битов, при этом первый передается старший бит. На рисунке 2.3.3 видно, что каждому тактовому импульсу из1-8 на линии SLC соответствует передаваемый бит (1 или 0) на линии SDA. В конце каждого байта информации следует сигнал подтверждения, формируемый на линии SLC приемником. Тактовый импульс подтверждения приема генерируется ведущим устройством (импульс 9 на рисунке 2.3.3). Кроме того, она переводит линию SDA в состояние 1 ("отпускает"). При приеме байта информации приемник во время прохождения тактового импульса подтверждения приема должен перевести линию SDA в состояние 0, причем оно действует в течении всего тактового импульса подтверждения. Если приемник, к которому происходит обращение не может принять информацию, линия SDA в момент тактового импульса подтверждения остается в состоянии 1. В этом случае ведущее устройство переходит в режим "Стоп" и прекращает передачу информации. Следовательно, приемник может прервать передачу после любого переданного байта. Кроме того, если приемник не может принять очередной байт, он на некоторое время задерживает передачу информации, переводя линию SCL на уровень 0. Это же происходит и в случае приема каждого бита.

Формат передачи информации по шине показан на рисунке 2.3.4. После формирования режима "Старт" ведущее устройство передает восьмибитную последовательность, состоящую из семибитного адреса приемника, к которому идет обращение, и восьмого бита, определяющего направление передачи информации. После того, как последовательно на шину I²C ведущее устройство подаст сигналы адреса приемника, МС сравнивают семь бит адреса. Если они совпадают для какой-нибудь микросхемы, то она анализирует восьмой бит, чтобы определить направление передачи. Когда этот бит имеет значение 0, ведущее устройство будет передавать информацию приемнику. В случае если бит имеет значение 1, ведущее устройство запросит информацию от приемника.

После того как приемник сформирует сигнал подтверждения адреса (девятый бит), ведущее устройство начинает передавать восьмибитные последовательности информации. Прием каждой последовательности также подтверждается приемником. Передача информации заканчивается формированием режима "Стоп".

Шина I²C позволяет подключать МС, изготовленные по разным технологиям. При работе с напряжениям питания 5 В уровень 0 должен быть не более 1,5 В, уровень 1 - не менее 3 В. Минимальная длительность уровня 0 тактового импульса равна 4,7 мкс, а минимальная длительность уровня 1 тактового импульса равна 4 мкс. Пример использования шины I²C в у словном телевизоре цветного изображения показан на рисунке 2.3.5.

3. ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ

3.1 Описание назначения основных блоков

Согласно техническому заданию на дипломное проектирование необходимо разработать электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство для телевизоров седьмого поколения. Объемом памяти ЗУ составляет 16К, где К=1024 бит. Структурная схема этого объекта представлена на рисунке 3.1.

На данной схеме показаны, какие блоки входят в ЭСППЗУ. Это входной фильтр, блок логики управления I²C шиной, регистр режимов, компаратор адреса, сдвиговый регистр, указатель адреса, блок задания временной последовательности, генератор высокого напряжения. А также декодер столбцов и декодер строк, страничный регистр и накопитель (8х256х8), генератор и делитель частоты, блок установки по питанию и внутренняя шина.

Рассмотрим назначение всех этих блоков. Входной фильтр предназначен для коррекции амплитуды и длительности импульсов, поступающих от формирователя команд управления. Коррекция амплитуды и длительности импульсов необходимо для того, чтобы согласовать входные уровни I²C интерфейса с параметрами КМОП-структуры микросхемы.

Регистр режимов предназначен исключительно для тестирования, то есть он необходим только на стадии разработки. Он позволяет проверять внутрикристальное программирование микросхемы, исключая воздействие на накопитель генератора высокого напряжения. Воздействие высокого напряжения на накопитель “расшатывает” пороговые напряжения, которые позволяют стирать записывать информацию.

Блок установки по питанию предназначен для того, чтобы он устанавливал все остальные блоки – сдвиговый регистр, указатель адреса, блок задания временной последовательности и генератора в исходное состояние. Блок установки по питанию сам получает сигнал, когда телевизор переходит из дежурного режима в рабочий.

Блок указателя адреса предназначен для выборки последовательности цифровых импульсов, которая следует на декодер столбцов и строк. Также в блоке указателя адреса существует механизм, который вырабатывает импульс предназначенный для автоматического приращения номера адреса. Этот механизм работает в течение 32 байтов и обнуляется в конце его.

Так как программирование микросхемы может осуществляться только под внутрикристальным управлением, то в микросхеме в блоке компаратора адреса “зашит” адрес МС. Другими словами, когда по I²C шине начиная с процедуры “Старт” передается цифровая последовательность, в которой указывается адрес микросхемы, к которой обращается микроконтроллер или другое головное устройство. Этот адрес называется служебным. Из этого следует, что в блоке компаратора адреса сравниваются служебный адрес МС и адрес, находящийся в цифровой последовательности. Если результат сравнения оказывается положительным, то осуществляется передача данных (считывание, запись, стирание) из МС или в МС.

Сдвиговый регистр предназначен для преобразования последовательной цифровой последовательности в параллельную. Это необходимо преже всего потому, что внутри самой микросхемы существует внутренняя шина. Она представляет собой совокупность параллельных проводников, которые подходят к каждому из блоков. Таким образом можно сказать, что в каждом блоке находятся преобразователи такого рода.

Как отмечалось выше программирование ЭСППЗУ осуществляется только под внутрикристальным программированием. Это подоазумевает наличие внутреннего задающего генератора. Генератор вырабатывает высокостабильную цифровую последовательность импульсов. Период повторения импульсов состовляет порядка 1..2 мкс. Для внутрикристального программирования период повторения импульсов должен составлять 7..8 мкс. Для целей увеличения периода повторения используется делитель частоты, который уменьшает значение частоты. Использование генератора и делителя частоты обусловлено оптимальным сочетанием площади, занимаемое генераторам и делителем. Это технологическре решение упрощает размещение блоков в самой микросхеме.

Генератор высокого напряжения предназначен для выработки высокого напряжения (около 30 В), которое необходимо для подачи в накопитель для реализации режима стирание/запись.

Декодер строк и столбцов предназначен для выработки номера необходимого строки и столбца, к которым происходит обращение.

Накопитель предназначен для долговременного неразрушаемого хранения информации. Накопитель представляет собой совокупность двух блоков. Каждый их этих блоков делится на 4 и т.д. Такое деление обусловлено тем, что происходит уменьшение времени обращения к ячейке памяти, что в результате приводит к увеличению быстродействия.

Как известно, объем накопителя составляет 16К, где К=1024 бит, что является достаточно большим объемом, то соответственно и занимает большую площадь в микросхеме. Из этого следует, что с точки зрения технологии площадь элементарного запоминающего элемента должна быть как можно меньшей. При этом надо учитывать, что к элементарной ячейке необходимо подвести адресную шину, что в свою очередь увеличивает площадь накопителя. В таком случае идут на объединение нескольких элементарных ячеек в одну группу ( например. четыре ячейки – в одну, восемь – в одну). Так как в МС организована побайтовая передача информации, то объединяют восемь ячеек в одну. И к этой группе подводят одну адресную шину. Такое решение уменьшает площадь накопителя, но все же она остается самой большой.

Страничный регистр предназначен для предварительной информации, которая может быть записана в накопитель либо может служить для считывания данных из него. Как видно из представленной структурной схемы страничный регистр находится в непосредственной близости от накопителя .Это опять таки увеличивает быстродействие микросхемы. Также этот блок предназначен для постраничного доступа к накопителю, что уменьшает время обращения к нему. Постраничный режим используется как на этапе тестирования, так и во время эксплуатации.

Блок задания временной последовательности предназначен для выработки цифровой последовательности, которая поступает в различные блоки, на основании внутрикристальной программы.

3.2 Описание взаимодействия основных блоков структурной схемы

Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство работает во взаимодействии с I²C шиной. Рассмотрим режимы и протоколы, при которых ЭСППЗУ функционирует.

ЭСППЗУ, как отмечалось выше, предназначено для хранения, записи и считывания информации. Для хранения информации в ЗУ существует специальный вид транзисторов, основанных на так называемых МНОП-стрктурах. Для записи и считывания информации существуют режимы или протоколы, которые задаются процессором управления или микроконтролером. Эти протоколы задают в каком из режимов будет функционировать ЭСППЗУ. Протоколы представляют собой цифровую последовательность, которая передается по шине управления I²C. Приведем протокол в режиме "Чтения" с вводом адреса слова (таблица 3.2), сокращенный протокол в режиме "Чтения" (таблица3.3), протокол в режиме "Стирание/Запись" двух байтов (таблица 3.4) и протокол в режиме "Стирание/Запись" страницы (таблица 3.5). Также приведем таблицу 3.1, в которой раскрываются обозначения слов приведенных в протоколах.

Т аблица 3.2

ST

CR/WR

As

WA

As

ST

CS/RD

As

DA

Am

DA

Am

SP

Таблица3.3

Таблица3.4

Таблица3.5

Из протоколов очевидно, что каждая передача данных начинается с условия "Старт" и завершается условием "Стоп". Информация передается в байтоорганизованной форме. Число байтов информации, передаваемых между условиями "Старт" и "Стоп" ограничено в режиме "Стирание/Запись" и неограниченно в режиме "Чтение". Каждое слово из восьми бит (каждый байт) сопровождается проверочным девятым битом, битом подтверждения. Семь из восьми бит информации является адресом ЭСППЗУ, восьмой бит определяет направление передачи информации.

Характеристики

Список файлов ВКР