Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (830798), страница 32

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

Текст из файла (страница 32)

КристаллическийкварцSi02толщиной в доли микрометра-прекрасный изолятор. Над кар­манами кварц вытравлен и сформированы окна, так что алюминиевые дорож­ки, напыленные на поверхности оксида, контактируют со стоком и истоком,образуя электрические выводы от этих областей. Плавающий затвор (провод­ник) никуда не присоединен и находится в слое оксида под основным управ­ляющим затвором, от которого также сделан вывод.278Рис.3456Топология МОП-транзистора13.22.с плавающим затвором:изолятор;1твор;4канал; 7 -При20 ...

25 Вподачена2-плавающий затвор;алюминиевый вывод;подложка;управляющий8-5-за­3-сток;6-истокзатворположительногоэлектроны с подложки диффундируют черезSi02 инапряжениясобираются наплавающем затворе. При этом их электрическое поле блокирует действиеуправляющего затвора и состояние МОП-транзистора уже нельзя изменить,так как электроны на плавающем затворе отталкивают их из канала и закры­вают его. Заряд на плавающем затворе сохраняется десятилетия, и все этовремя схема памяти будет хранить записанный в нее код.Для стирания информации необходимо снять заряд с плавающего затвора.Это делают двумя способами-облучением кристалла УФ-излучением либоподачей на подложку положительного напряжения относительно управляю­щего затвора.Чтобы УФ-излучение попало на оксид, в корпусе интегральной схемы надкристаллом делают кварцевое окошко, прозрачное для УФ-волн.

Стиратьможно только всю информацию сразу. Запись информации осуществляетсяпобайтно, время записи составляет около миллисекунды. При емкости памя­ти сотни килобайт это весьма заметное время. Программирование проводят вспециальных программаторах, длячего схема должна изыматься из платы,15813.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахпоэтому такие РПЗУ размещают в специальных колодках.

Схемотехническоеобозначение памяти с УФ-стиранием приведено на рис.13.23, а.Для считывания информации необходимо задать адрес ячейки, затем выбрать кристалл, активизировав выводCS,и подать разрешение сигнал выда­чи ОЕ. Содержимое адресуемой ячейки появится на выводахD0, ... , D7.Существуют однократно программируемые схемы, у которых отсутствуетпрозрачное окошко, поэтому они значительно дешевле.PROMАОAlА2АЗА4А5АбА7А8А9RAMDODlD2D3DODlD2D3D4D4D5D7D7D5D6DбAlO5Vcsov13.23.ov6аРис.5VОЕСхемотехIШЧеские обозначенияРПЗУ с УФ-стиранием (а) и статическогоОЗУ(6)Стремление упростить процесс программирования РПЗУ привело к со­зданию флеш-памяти.

В ее основе также транзистор с плавающим затвором,однако оксид под ним столь тонок (до100нм), что5В достаточно, чтобыплавающий затвор зарядился. Схему флеш-памяти можно программироватьнепосредственно на плате, но для этого нужна специальная программа, мно­гократно записывающая информацию в ячейки. Стирание также выполняютна плате отдельными блоками информации либо всей схемы целиком.На схемах флеш-памяти выполняют флеш-диски, все активнее вытесня­ющие обычные дисковые накопители, особенно в САУ, где обычно не требу­ется хранить исключительно большие объемы информации, но необходимавысокая надежность.

Особенно флеш-диски выигрывают при использованиив подвижных объектах, в которых гироскопический эффект обычных диско­вых накопителей приводит к повышенным нагрузкам на опоры.ОЗУ, или память с произвольным доступом, бывают статические и дина­мические. Основу ячейки динамического ОЗУ составляет сформированныйна кристалле конденсатор, заряд на котором ( если он есть) должен с некото­рой периодичностью обновляться.

Наличие или отсутствие заряда на конден­саторе идентифицирует «О» или«1».Схемы динамического ОЗУ формируют13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления159основной массив памяти современных персональных компьютеров, но в САУстараются применять более надежное статическое ОЗУ, ячейки которыхустроены так же, как ячейка регистра (см. рис.13.21, 6).При одинаковой сто­имости статические ОЗУ на порядок менее емки. Схемотехническое обозна­чение простейшегостатического ОЗУобъемом2Кбайта приведено нарис.

13.23, 6.Чтобы считать информацию из памяти, сначала выставляется адрес тре­буемой ячейки. Дешифратор, управляющий памятью микроконтроллера, ак­тивизирует соответствующую схему, подав активный низкий уровень на вы-вод CS. Затем, удерживая высокий уровень на выводе W/R, подается активный низкий уровень на вывод ОЕ. С задержкой в несколько десятковнаносекунд после этого содержимое адресуемой ячейки появится на выводахсхемыDO, ..

., D7 и поступит на шину данных микроконтроллера.Для записи информации сначала выставляется адрес ячейки и дешифратор активизирует схему низким уровнем на выводеЗатем, удерживаяCS.высокий уровень на ОЕ, подается отрицательный импульс на W/R и по егофронту информация будет записана в соответствующую ячейку памяти.Микропроцессор сам проводит описанные здесь циклы по командам чте­ния и записи. Важно, чтобы такт записи-чтения микропроцессора по времен­ным промежуткам соответствовал допустимым временам и задержкам длясхемы памяти.

В этом следует предварительно убедиться по соответствую­щей документации.Схемы статической памяти, выполненные по k-МОП-технологии, способ­ны хранить свое содержимое при снятии основного питания. Такие схемыназывают энергонезависимым ОЗУ. Для перевода схемы в режим хранениядостаточно на выводение с выводаCSCSподдерживать уровень логической«1».Потребле­крайне мало, и литиевой батарейки, подключенной к этомувыводу, хватает очень надолго.Ядром сегнетоэлектрических ОЗУ являются сегнетоэлектрические кри­сталлы, которые обеспечивают хранение данных без всякого внешнего энер­гопотребления. Когда электрическое поле прикладывается к сегнетоэлектри­ческомукристаллу,его центральныеатомы смещаются иостаются в этомположении при снятии поля. Свойства конденсатора, роль диэлектрика в ко­тором выполняет сегнетоэлектрическая пленка, меняются, и ячейка памятиизменяет свое состояние.Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)-это мик­росхемы с переменной структурой, содержащие набор комбинационных ло­гических и последовательностных схем.

В настоящее время наибольшее рас­пространение получили ПЛИС, построенные по FРGА-архитектуре. Они со­стоят из логических блоков и коммутирующих путей-программируемыхматриц соединений. Логические блоки таких ПЛИС включают программиру­емые мультиплексоры, D-триггеры, а также цепи управления. У современных16013.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахПJШС емкостью доlмлн эквивалентных вентилей число логических элемен­тов достигает нескольких десятков тысяч.

Настройка логических блоков и ихвзаимная коммутация осуществляются с помощью коммутирующих путей сключами на МОП-транзисторах. Их затворы управляются встроенным РПЗУ.БИС с FРGА-архитектурой широко применяют в САУ, например для форми­рования каналов дискретного контроля и управления.13.2.5. Средствацифроаналоговой обработки информацииОсновными средствами цифроаналоговой обработки информации явля­ются ЦАП и АЦП. Для преобразования информации из цифрового в аналого­вое представление служат ЦАП. Информация в дискретном виде представля­ет себой некоторое многоразрядное двоичное число. Например, используядвоичных разрядов, можно задать число от нуля доот -512 до +51 1 в дополнительном.10231Ов прямом коде илиПрежде всего следует определить, какомудиапазону аналогового сигнала соответствует диапазон изменения двоичныхчисел. Для этого используется опорное напряжение преобразования Игеf, зна­чение которого соответствует диапазону изменения информации в цифровомвиде.

Цену одной дискреты двоичного разряда (младшего бита)Ud ивеличи­ну выходного аналогового сигнала Иа можно определить по формулам, знаяразрядность представления п и значение сигнала N в дискретной форме:Иd = Иref/2n; Иа =UdN.Основой ЦАП является суммирующий усилитель (см. рис.13.12, г).Еслина все входы через аналоговые ключи подать опорное напряжение, а отноше­ния сопротивлений входных резисторовстора обратнойКлючи должныRl, R2 и RЗ к сопротивлению рези­связи R0 принять равными 1/2, 1/4 и 1/8, то получим ЦАП.управляться преобразуемым двоичным числом N (в рассмат­риваемом примере трех.разрядным), причем старший разряд управляет клю­чом, подключенным к резисторуRl,а младший - к RЗ.Недостатком этой схемы является очень большой разброс номиналов ре­зисторов.

В интегральных ЦАП входную цепь делают в виде резистивнойR-2R-матрицы. Она выполняет те же функции, но содержит резисторы, но­минальные сопротивления которых отличаются вдвое.Очень важным элементом ЦАП является источник опорного напряженияИref• От его точности и температурной стабильности непосредственно зависитточность задания выходного сигнала.В настоящее время выпускают большое количество интегральных схемЦАП, отличающихся между собой целым рядом параметров: во-первых, раз­рядностью преобразования(от 8до24разрядов), во-вторых, способом вводаинформации. Преобразуемое число, управляющее ключами ЦАП, хранитсяобычно в регистре. Это может быть регистр с параллельным вводом информа­ции (см., например, рис.13.21), вкоторый информация заносится с шины дан­ных за один такт, или регистром с последовательным вводом, когда информа-13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления161ция в ячейки записывается побитно, что затратнее по времени, но не требуетбольшого числа выводов.

Характеристики

Список файлов книги