7. Лабораторна робота № 14 Дослідження озп іс ттл (ттлш).

Мета роботи: вивчення та практичне дослідження ОЗП інтегральних мікросхем ТТЛ (ТТЛШ), контролювання їх роботи за допомогою стенда та осцилоскопа.

Вимоги до підготовки студентів.

Перед початком виконання лабораторної роботи студент повинен знати:

• роботу стенду;

• принципи роботи мікросхем, що досліджуються, та їх основні параметри;

• монтажні схеми включення мікросхем, що досліджуються.

Студент допускається до лабораторної роботи тільки за умови виконання ним усіх вище перелічених вимог та відповідного оформлення звіту.

Загальні відомості.

Запам’ятовуючі пристрої (ЗП) складають самостійний, широкорозвинений клас мікросхем середнього, великого і надвеликого ступеня інтеграції.

Напівпровідникові ЗП за режимом занесення інформації поділяються на оперативні і постійні, за принципом виборки інформації – на пристрої з довільною та з послідовною виборкою, за технологією виготовлення – на біполярні та уніполярні.

Оперативні запам’ятовуючі пристрої (ОЗП) поділяються на дві великі групи: статичні і динамічні. В накопичувачах статичних ОЗП застосовуються тригерні елементи пам’яті. В ОЗП динамічного типу запам’ятовуючим елементом служить конденсатор, в якому інформація зберігається в формі наявності або відсутності заряду.

Перевагою статичних ОЗП перед динамічними є відсутність схеми регенерації інформації, що значно спрощує керування. Крім того, швидкодія статичних ОЗП суттєво перевищує швидкодію динамічних ОЗП. З іншого боку, ємність мікросхем динамічних ОЗП набагато вища, ніж статичних.

Найвищою швидкодією відрізняються біполярні ОЗП, побудовані на основі елементів ЕЗЛ і ТТЛШ. Статичні ОЗП на МОН-транзисторах, незважаючи на середню швидкодію, отримали широке розповсюдження, що пояснюється суттєво більшою щільністю розміщення комірок на кристалі, ніж у біполярнних ОЗП. Елементи ОЗП на КМОН-транзисторах виготовляються по ускладненій технології і використовуються для побудови статичних ОЗП тільки при необхідності досягнення мінімальної потужності споживання.

На рис.14.1 наведено типову структурну схему напівпровідникового ОЗП, яка складається з наступних типових вузлів: матриці запам’ятовуючих елементів (ЗЕ), дешифраторів рядків і стовбців (DCX, DCY) пристрою запису (ПЗ), пристрою читання (ПЧ) і пристрою керування (ПК).

При об’єднанні ЗП в систему пам’яті використовуються типові елементи, пов’язані з вхідними та вихідними схемами. Вхідні схеми являють собою логічні елементи, через які інформаційні, керуючі і адресні сигнали надходять в ЗП. Вхідні інформаційні сигнали DI надходять в пристрій запису ПЗ, який служить для записування інформації в елементи пам’яті, об’єднані в матриці ЗЕ. Вихідні інформаційні сигнали DO зчитуються із ЗП через пристрій читання ПЧ.

Керуючі сигнали і надходять в пристрій керування ПК і пристрій запису ПЗ і визначають режим роботи ЗП (запис, збереження, зчитування інформації).

Рис.14.1. Структура напівпровідникового ОЗП.

На рис.14.2наведено умовні графічні позначення деяких ОЗП ІС ТТЛ і ТТЛШ.

Рис.14.2. Умовні графічні позначення ОЗП ІС ТТЛ (ТТЛШ).

Мікросхема К155РУ5 – це ОЗП із схемами керування, повною дешифрацією адреси і організацією 2561 біт. Вона містисть на одному кристалі матрицю 1616 ЗЕ, схеми дешифраторів адреси по коодинатах DCX і DCY, виборки кристалу і дозволу запису, пісилювачів запису і зчитування, вводу і виводу інформації. На рис.14.3 наведено її функціональну схему.

Для вибору комірки, в яку зиписане потрібне однорозрядне слово, служать два 4-входових дешифратора. Дешифратор DCX (адреса A0..A3) вибирає один з 16 рядків матриці, а дешифратор DCY (адреса A4..A7) – один з 16 стовбців. Читання даних комірки і запис в комірку здійснюються підсилювачем читання-запису, який має 4 входи керування , , CS2, , а також вхід запису даних DI і вихід даних DO. Входи , і CS2 відкривають доступ до матриці пам’яті. По входу дозволяється запис у вибрану комірку.

В режимі запису на входи дозволу виборки , і CS2 подається дозволяюча комбінація логічних рівнів (001), а на вхід дозволу запису – лог.0. Логічний рівень, що відповідає вхідній інформації (0 або 1), подається на інформаційний вхід DI. Запис інформації здійснюється за адресою, яка визначається двійковим кодом на входах дешифраторів рядків DCX (адреса A0..A3) і стовбців DCY (адреса A4..A7). На виході мікросхеми в режимі запису присутня лог.1.

Режим читання задається тими самими значеннями сигналів на входах дозволу виборки , і CS2 (001), а на вхід дозволу запису подається лог.1. В цьому режимі із ЗЕ матриці, адреса якої визначається дешифраторами адреси, зчитується інформація, що зберігається в прямому коді.

В режимі збереження інформації на входи виборки кристалу , і CS2 подається довільна комбінація сигналів, відмінна від 001. В цьому режимі незалежно від сигналів на інших входах зміни інформації, записаної в ОЗП, не відбувається і на виході мікросхеми встановлюється лог.1.

Мікросхема К155РУ5 має вихідний каскад з відкритим колектором, що необхідно враховувати при побудові ОЗП на її основі.

Рис.14.3. Функціональна схема ОЗП типу К155РУ5.

В табл.14.1 наведено режими роботи К155РУ5, а на рис.14.4 – часові діаграми її роботи в цих режимах.

Рис.14.4. Часові діаграми циклів читання (а) і запису (б) ІС типу К155РУ5.

Таблиця 14.1.

Режим	Входи						Вихід
роботи			CS2		A0..A7	DI	DO
Збереження	M	M	M	x	x	x	1
Запис 0	0	0	1	0	A	0	1
Запис 1	0	0	1	0	A	1	1
Читання	0	0	1	1	A	x	дані в прямому коді

M – довільна комбінація сигналів, відмінних від =0, =0 і CS2=1.

Мікросхема К155РУ7 – це ОЗП з організацією 10241 біт, за структурою і принципами роботи аналогічна РУ5. Від РУ5 вона відрізняється інформаційною ємністю (1024 біта), наявністю тільки одного входу вибору кристалу та вихідним каскадом з третім станом.

В табл.14.2 наведено режими роботи К155РУ7.

Таблиця 14.2.

Режим	Входи				Вихід
роботи			A0..A9	DI	DO
Збереження	1	x	x	x	Z
Запис 0	0	0	A	0	Z
Запис 1	0	0	A	1	Z
Читання	0	1	A	x	дані в прямому коді

Мікросхема КР531РУ8 – це ОЗП з організацєю 164 слів. За структурою та принципами роботи аналогічна К155РУ7 і відрізняється від неї інформаційною ємністю (64 біти) та організацією (4-розрядні слова).

Мікросхема КР531РУ9 ідентична КР531РУ8 відрізняється від неї вихідним каскадом з відкритим колектором.

В табл.14.3 наведено основні параметри розглянутих мікросхем ОЗП ТТЛ і ТТЛШ – середня споживана потужність (P_сер) та час виборки адреси (t_CY).

Таблиця 14.3.

Позначення ІС	Pсер, мВт	tCY, нс
К155РУ5	735	90
К155РУ7	840	45
КР531РУ8	580	35
КР531РУ9	580	35

Рис.14.5. Монтажна схема включення ОЗП типу К155РУ5 (а) і часові діаграми вхідних та вихідних сигналів (б).

В лабораторній роботі досліджується мікросхема ОЗП К155РУ5. На рис.14.5(а) наведено монтажну схему її включення на лабораторному стенді. В схемі використані дві мікросхеми: власне ОЗП К155РУ5D1і мультиплексор К155КП7D2. Мультиплексор D2 забезпечує можливість переключення схеми між статичним і динамічним режимами роботи ОЗП D1: в статичному режимі до входу подільника частоти Fпідключається сигналRB2, а в динамічному режимі – вихід генератора імпульсів 8kHz. Переключення режимів роботи схеми здійснюється за допомогою розряду регістра бітів RB1.

При RB1=0 за допомогою RB2 значення подільника частоти встановлюється вручну. Виходи подільника F/2, F/4, F/8 і F/16 подаються на молодші адресні входи ОЗП D1, формуючи адресу біжучої комірки (в наведеній схемі включення ОЗП К155РУ5 використовується лише 16 комірок). Ці сигнали підключені також до входів 8-канального комутатора, які одночасно є входами і індикатора бітів. Таким чином за допомогою розрядів індикатора бітів IB1..IB4 в статичному режимі можна спостерігати біжуче значення адреси комірки ОЗП (молодшому розряду індикатора бітів відповідає молодший розряд адреси). Вихідний сигнал DO ОЗП підключений до 5 каналу комутатора і його значення можна також спостерігати за допомогою індикатора бітів (IB5). Запис інформації в біжучу комірку ОЗП здійснюється за допомогою розрядів регістра бітів RB3 і RB4. Значення, що записується, встановлюється за допомогою сигналу RB3, а власне запис здійснюється імпульсом від’ємної полярності на вході ОЗП, який формується за допомогою RB4.

При RB1=1 схема макету працює в динамічному режимі і на осцилоскопі можна спостерігати часові діаграми вхідних та вихідних сигналів схеми. На рис.14.5(б) наведено приклад часових діаграм для варіанту №14: комірка за адресою 14 містить лог.1, а решта 15 комірок – лог.0.

Порядок виконання лабораторної роботи.

1. Увімкнути живлення осцилоскопа та стенда.

2. Скласти на стенді монтажну схему (рис.14.5(а)).

3. В статичному режимі записати в комірки ОЗП типу К155РУ5 набір даних у відповідності з індивідуальним завданням.

4. В динамічному режимі спостерігати на екрані осцилоскопа часові діаграми вхідних та вихідних сигналівОЗП, порівняти їх з діаграмами в зошиті (підготовленими на основі рис.14.5(б)).

5. Вимкнути живлення осцилоскопа і стенда.

Зміст звіту.

1. Умовні графічні позначення досліджуваних мікросхем та їх основні технічні характеристики.

2. Функціональна схема ОЗП типу К155РУ5.

3. Монтажна схема включення ОЗП типу К155РУ5 на лабораторному стенді.

4. Часові діаграми вхідних та вихідних сигналівзгідно індивідуального завдання.

5. Висновки.

Контрольні питання.

1. Класифікація та принципи побудови ОЗП, області їх застосування.

2. Принцип дії ОЗП типу К155РУ5.

3. Робота стенду.