Филиппов-21.106

Помимо режимов записи и считывания, которые определяются потенциалом на входе WR, существует режим хранения данных, в котором запись и считывание запрещены. Режим хранения имеет двоякий смысл. Во-первых, если в устройстве много микросхем ОЗУ, то запись или считывание ведется по одной микросхеме, а остальные в этом случае должны быть отключены. Во-вторых, в режиме хранения данных энергопотребление намного меньше, чем в режиме записи и считывания (рабочий режим). Для перевода ОЗУ в режим хранения используется сигнал CS. Обычно для перевода в режим хранения на вход CS подается уровень лог. 1, для перевода в рабочий режим – лог. 0 [4].

4.1.2.Динамические ОЗУ

Вдинамическом ОЗУ функции элемента памяти выполняет конденсатор. Информация представляется электрическим зарядом. Если есть заряд на конденсаторе, значит, в элемент памяти записана лог. 1, нет заряда – лог. 0. Поскольку время сохранения заряда на конденсаторе ограничено (вследствие утечки), необходимо периодически восстанавливать записанную информацию, т. е. регенерировать ее. Помимо этого для динамического ОЗУ требуется синхронизация, обеспечивающая последовательность включений функциональных узлов.

Для реализации элемента памяти динамического ОЗУ широко применяется схема, показанная на рис. 11.

Элемент памяти динамического ОЗУ проще, чем статического, поэтому объем памяти в динамических ОЗУ выше, чем в статических. Соответственно при большой разрядности адреса его делят на две части. Первая называется

RAS (Row Access Signal – сигнал выборки строки), вторая – CAS (Column

21

Access Signal – сигнал выборки столбца). Сигналы RAS и CAS сдвинуты друг относительно друга во времени, сигнал разрешения записи WR должен появляться при введении обеих частей адреса. Одновременно с WR вводится информационный сигнал. В режиме считывания информационный сигнал появляется на выходе с некоторой задержкой относительно сигнала CAS [3].

4.1.3. Оперативное запоминающее устройство КР537РУ10

Одной из наиболее распространенных микросхем ОЗУ статического типа, применяемых в микроконтроллерах в системах электроснабжения, является КР537РУ10 емкостью 2 кбайта (рис. 12).

На адресные входы А0 – А10 подается код полного адреса требуемой запоминающей ячейки и удерживается на протяжении всего цикла. На вход CS подается лог. 0, так как только при низком уровне сигнала микросхема осуществляет цикл записи или чтения. Вход OE является входом разрешения выхода.

При подаче на этот вход сигнала нулевого

уровня выходы данных микросхемы выходят из высокоимпедансного со-

стояния (состояние контакта логической схемы, при котором сопротив-

ление между этим контактом и остальной схемой очень велико) и на них появляются данные из запоминающей ячейки, адрес которой в дан-

ный момент присутствует на адресных входах. Запись данных в микросхему осуществляется по положительному перепаду сигнала на входе WR/RD при единичном уровне сигнала на входе OE и нулевом – на входе CS. На рис. 13

22

представлены временные диаграммы чтения (рис. 13, а) и записи (рис. 13, б) информации в ОЗУ.

а б

Рис. 13. Временные диаграммы записи (а) и чтения (б) информации микросхемы КР537РУ10

4.2. Порядок выполнения работы

Исследования необходимо выполнить для двух режимов. Первый режим.

1)Вставьте микросхему КР537РУ10 в гнездо и подключите ее к источнику напряжения Е4 (клемма 24). Клемму 12 подсоедините к общей точке.

2)Входами А0 – А10 установите адресацию ячейки, заданную преподавателем.

3)На входы D0 – D7 подайте потенциалы 1-1-1-1-1-1-1-0 соответственно.

4)Произведите запись информации, поданной на информационные входы, в ОЗУ, руководствуясь временной диаграммой на рис. 13, а.

Второй режим.

1)Подайте на вход ОЕ (клемма 20) лог. 1.

2)Руководствуясь временной диаграммой на рис. 13, б для подачи соответствующих сигналов, произведите чтение записанной в заданную ячейку информации, подключив вольтметры к выходам D0 – D7.

Смоделируйте исследуемую схему (зарубежный аналог – IDT6116LA) с помощью программы Multisim [5] или Proteus и проанализируйте ее работу.

Сделайте выводы по результатам исследований.

4.3.Контрольные вопросы

1)В чем заключается основное функциональное назначение микросхем оперативных запоминающих устройств?

23

2)На какие типы можно разделить ОЗУ по виду хранения информации? В чем их различия?

3)Каково назначение входов WR, CS, OE?

4)Какие недостатки присущи микросхемам ОЗУ?

Лабораторная работа 5

ШИННЫЕ ФОРМИРОВАТЕЛИ

Ц е л ь р а б о т ы: практическое ознакомление с шинными формирователями; изучение принципа работы микросхем шинных формирователей.

5.1.Краткие теоретические сведения

Ввычислительной технике достаточно часто к системной шине необходимо подключать несколько устройств, что приводит к конфликтам на шине. Для решения этой проблемы необходимо соблюдать следующее условие: в любой промежуток времени по ней обмениваться информацией будут только два устройства (приемник и источник информации). Вторая проблема, которая возникает в устройствах с общей шиной, заключается в том, что к шине подключается несколько приемников, что требует от источника повышенной нагрузочной способности, т. е. необходимо усилить ток, идущий от источника к приемнику информации. Эти задачи можно решить с помощью микросхем, называемых шинными формирователями, которые строятся на элементах тремя состояниями.

Шинный формирователь представляет собой импульсный многоканальный усилитель с единичным коэффициентом усиления. Он имеет две группы выводов – A0 – A7 ( шина А) и B0 – B7 ( шина В). Шина A микросхемы подключается к микропроцессору, а шина B – к магистрали. Вход T (Transmit) служит для выбора направления передачи данных. В зависимости от значения сигнала T передача данных производится от выводов A0 – A7 к выводам B0 – B7 ( при подаче на вход T лог. 1) или от выводов B0 – B7 к выводам A0 – A7 ( при подаче на Т лог. 0). Вход OE (Output Enable) разрешает или запрещает работу микросхемы. Сигнал лог. 1 на входе OE переводит выходы микросхемы в Z- состояние (высокоимпедансное состояние). Вывод, переведенный в Z-

24

состояние, ведет себя как не подключенный к схеме [1]. Таким образом помимо усиления сигнала, шинный формирователь дает возможность «отключения» одной части электрической схемы передачи данных от другой.

Шинные формирователи различаются по разрядности, направлению передачи (одноили двунаправленные), типу передачи сигнала (в прямом или инвертированном виде), типу разрешающего сигнала (прямой или инверсный), а также электрическими параметрами. В литературе шинный формирователь обо-

значается BD (Bus Driver).

В микроконтроллерах, применяемых в устройствах электроснабжения, шинный формирователь является двунаправленным (т. е. может передавать сигнал в двух направлениях) и представлен микросхемой КР1533АП6 (рис. 14).

Рис. 14. Цоколевка (а) и условное обозначение (б) микросхемы КР1533АП6

5.2. Порядок выполнения работы

Исследования необходимо выполнить для трех режимов. Первый режим.

1)Вставьте микросхему КР1533АП6 в гнездо и подключите ее к источнику напряжения Е4. Клемму 10 подсоедините к общей точке. На вход OE (клемма 19) подайте лог. 0.

2)На определенные входы A0 – A7 ( табл. 3) подайте напряжение, соответствующее лог. 1 (задается преподавателем).

3)На вход Т подайте лог. 1.

25

4)Выходы B0 – B7 ( клеммы 11 – 18) поочередно подключайте к вольтметрам или осциллографу.

5)Постройте временную диаграмму.

Второй режим.

1)Подайте напряжение, соответствующее лог. 0, на клемму 1.

2)Подавая на входы (A0 – А7) напряжение лог. 1 и лог. 0 в соответствии

сданными табл. 3, проанализируйте сигналы на выходах B0 – B7.

3)Подключите входы А0 – А7 к вольтметру или осциллографу. Подайте на четные входы B0, B2, B4, B6 напряжение лог. 1, на нечетные B1, B3, B5 и B7 – лог. 0. Проанализируйте сигналы на входах А0 – А7.

4)Постройте временную диаграмму.

Третий режим.

1)Подайте на вход OE (клемма 19) напряжение, соответствующее лог. 1.

2)Проанализируйте работу микросхемы в первом и во втором режимах.

3)Постройте временную диаграмму.

Смоделируйте исследуемую схему, используя зарубежный аналог 74ALS245AN, с помощью программы Multisim [5] или Proteus и проанализируйте работу полученных схем.

Сделайте выводы по результатам исследований.

5.3.Контрольные вопросы

1)Каково функциональное назначение шинных формирователей?

2)Каковы основные режимы работы микросхем шинных формирователей?

3)Для выполнения каких функций используются выводы микросхем шинных формирователей?

26

Лабораторная работа 6

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ИНТЕРВАЛЬНЫЙ ТАЙМЕР

Ц е л ь р а б о т ы: практическое ознакомление с программируемым интервальным таймером; изучение принципа работы микросхемы программируемого интервального таймера.

6.1. Краткие теоретические сведения

Для многих задач управления и контроля в микропроцессорных системах требуются устройства измерения временных промежутков, подсчета какихлибо событий, а также генерирования тактирующих импульсов (например, для внешней синхронизации) заданной частоты. Чтобы дополнительно не нагружать микропроцессор, выполнение таких функций возлагается на аппаратные устройства, в качестве которых могут выступать программируемые интерваль-

мера позволяют делить входную частоту, вырабатывать однократные, зависящие

27

от тактовой частоты стробирующие (короткие, часто повторяющиеся) сигналы, вести подсчет числа внешних импульсов, измерять длительность промежутка времени.

Каждый счетчик представляет собой 16-разрядный регистр обратного счета, т. е. работающий только на вычитание. Счет может производиться в двоичном или двоично-десятичном коде. Соответственно максимальное значение составляет 216 или 104. Загрузка нулей во все счетные триггеры позволяет получить максимальный возможный коэффициент счета. Входными сигналами каждого счетчика являются тактовые импульсы, по которым содержимое счетчика уменьшается на единицу. Кроме того, имеются входные сигналы GATE0, GATE1 и GATE2, которые управляют работой каждого счетчика: высокий уровень сигнала возбуждает счет, низкий блокирует счет, т. е. приостанавливает работу счетчика. Счет возобновляется при подаче сигнала высокого уровня [4].

Назначение входных, выходных и управляющих сигналов программируемого таймера приведено в табл. 4.

Выводы D0 – D7 подключаются к линиям магистрали данных; входы А0 и А1 – к младшим разрядам магистрали адреса, а поступивший на них код задает следующий порядок подключения буфера канала данных: 0-0 – к счетчику 0, 0-1 – к счетчику 1, 1-0 – к счетчику 2, 1-1 – к регистрам режима каналов. Входы WR и RD определяют направление передачи данных. На тактовые входы CLK0 – CLK2 подается внешний счетный или тактирующий сигнал, частота которого не превышает 2,5 МГц. Превышение этого значения приводит к сбоям в работе ПИТа [2].

6.1.1. Начальная инициализация таймера

Перед началом работы с ПИТом необходимо выполнить его инициализацию (начальную установку), т. е. нужно настроить его на требуемый режим работы, а затем загрузить начальные значения. Эти процедуры реализуются путем передачи соответствующих управляющих сигналов и чисел в адресуемые счетчики.

Для приведения каналов ПИТа в требуемое рабочее состояние необходимо задать каждому каналу в указанной последовательности:

режим работы (определяется записью управляющей информации в регистр режима ПИТа по адресу А0 = 1, А1 = 1);

константу для счетчика (один или два байта в зависимости от управляющей информации для данного канала).

Формат управляющей информации приведен в табл. 5. Порядок программирования ПИТа произвольный, т. е. можно сначала запрограммировать режимы работы всех каналов, а потом загрузить счетчики. Счетчик канала должен быть обязательно загружен именно тем количеством байтов, которое было запрограммировано в управляющей информации значениями разрядов D5 и D4. При загрузке содержимого счетчика двухбайтовым числом первым записывается младший байт, затем – старший.

ПИТ не имеет отдельного вывода аппаратного сброса («Reset»), в нем предусмотрен внутренний программный сброс отдельно по каналам. Сигнал внутреннего сброса формируется при записи управляющей информации в регистр режима выбранного канала.

29