FLASH БИС памяти в последнее время наиболее часто используется для внутренней памяти программ МК, да и для наращивания памяти МПС. По принципу действия и программирования они очень похожи на ЭСППЗУ, но есть возможность программирования БИС не вынимая из схемы, причем не требуется дополнительных источников программирования. Число циклов программирования составляет от 1000 до106.
В табл. 3.2 приведены характеристики основных типов ППЗУ.
Как правило, БИС ППЗУ по всем входам и выходам совместимы с ТТЛ уровнями, имеют выходы с тремя устойчивыми состояниями. Поэтому они соединяются с шинами МПС без всяких согласующих схем. Для создания блоков ОЗУ или ПЗУ большой емкости широко используется принцип "выключения" данной БИС, если на ее входе CS высокий логический уровень.
Таблица 3.2
|
Наименование БИС |
Организация |
Потребляемая мощность, мВт/бит |
Тц, нс |
Тип БИС |
|
519РЕ2 |
64х4 |
0,17 |
300 |
с эл. стиранием |
|
К558РР1 |
1024х2 |
0,15 |
500 |
с эл. стиранием |
|
К573РФ1 |
1024х8 |
0,1 |
700 |
с УФС |
|
К573РФ2 |
2048х8 |
0,1 |
700 |
то же |
|
27С64 |
8192х8 |
0,05 |
30-120 |
то же |
|
27С256 |
32767х8 |
0,05 |
30-120 |
то же |
Системы ПЗУ и ОЗУ могут быть конструктивно совмещены.
В последнее время на рынке появились новые перспективные БИС памяти, называемые FLASH-памятью. Как и в ППЗУ при отключении питания информация в них сохраняется достаточно долго, однако она может программироваться непосредственно в схеме с помощью подачи на БИС специальной управляющей последовательности импульсов. Правда, количество перезаписей в БИС ограничено (это число колеблется от 1000 до 1000000), однако в такой памяти удобно хранить данные, которые не должны пропасть и которые при некоторых условиях должны нечасто обновляться.
В табл. 3.3- 3.4 Показаны данные FLASH БИС лидера производства таких микросхем – фирмы AMD.
Таблица 3.3
FLASH-память с 12-вольтовым программированием
|
Микросхема памяти |
Организация |
Время доступа, нс |
Число выводов |
|
Am28F256A |
32Кх8 |
70-200 |
32 |
|
Am28F512A |
64Кх8 |
70-200 |
32 |
|
Am28FOlOA |
128Кх8 |
90-200 |
32 |
|
Am28F020A |
256К х 8 |
90-200 |
32 |
Таблица 3.4
Флэш-память с 5-вольтовым программированием
|
Микросхема памяти |
Организация |
Время доступа, нс |
Число выводов |
|
Am29F010 |
128Кх8 |
45-120 |
32 |
|
Am29F100 |
128Кх8, 64Kx 16 |
70-150 |
44, 48 |
|
Am29F200 |
256К x 8, 128Kx 16 |
70-150 |
44, 48 |
|
Am29F040 |
512Kx8 |
55-150 |
32 |
|
Am29F400 |
512Кх8, 256Кх 16 |
70-150 |
44,48 |
|
Am29F080 |
1Мх8 |
85-150 |
44. 48 |
|
Am29F800 |
1Мх8, 512Кх 16 |
85-150 |
40,44 |
|
Am29F016 |
2Мх8 |
90-150 |
48 |
Все микросхемы с 5-вольтовым программированием имеют блочную архитектуру, т.е. все адресное пространство разделено на сектора. При этом в зависимости от наличия или отсутствия так называемого загрузочного сектора (Boot Block) различают флэш-память однородную (29F010, 040, 080, 016), содержащую сектора одинакового объема, и с блоком загрузки (29F100, 200, 400, 800), содержащую сектора различного объема.
У всех микросхем с блочной архитектурой допускаются не только независимые запись и стирание, но и защита от чтения каждого сектора.
4. Средства связи МПС с объектами
4.1. Общие положения
В эпоху бурного внедрения микропроцессоров и ОЭВМ в различные стороны жизни человека со всей остротой встает проблема взаимодействия МП или ОЭВМ с объектами, которыми они предназначены управлять. Особенно это актуально для "нетрадиционного" применения МП техники: бытовой, автомобильной, связной и т.п.
Дело в том, что объекты управления, как правило, являются аналоговыми, т.е. выдают или принимают аналоговый сигнал с различными параметрами. МП или ОЭВМ является обязательно цифровым устройством, который оперирует только с двумя уровнями сигналов: "лог.0" - U<0,4 В и "лог.1" - U>4,5 В. Поэтому основная проблема при сопряжении объектов и МП устройств - преобразовать аналоговый сигнал в цифровой или обратно с максимальной достоверностью.
Этой задаче и служат многочисленные устройства связи и преобразователи. Причем проектирование качественной системы связи с объектом занимает чуть ли не первое место в создании всей системы, так как структура МПС как правило является типовой, а связь с объектами каждый раз приходится проектировать заново из-за исключительного разнообразия требований к таким устройствам.
Кроме того, в аналоговой технике почти всегда надо решать эмпирические задачи защиты от помех и наводок, что тоже затрудняет проектирование.
Все многообразие средств связи с объектами управления и МПС можно разделить на 4 класса:
· Аналого-цифровые преобразователи, которые преобразуют аналоговый сигнал на входе в цифровую форму для обработки в МПС.
· Цифро-аналоговые преобразователи, которые преобразуют цифровой код на входе в аналоговое напряжение для подачи на устройство управления.
· Преобразователи уровня, которые имеют на входе цифровое напряжение, но не соответствующее уровню ТТЛ, который применим в МПС, и которые преобразуют это напряжение в ТТЛ цифровой сигнал или наоборот.
· Различные преобразователи сигналов, которые преобразуют один параметр сигнала, который несет полезную информацию, в другой параметр, который удобнее обрабатывать на МПС, например, преобразователи в широтно-импульсную последовательность (ШИМ регуляторы).
В следующих разделах рассматриваются все эти группы устройств, причем сразу дается современное состояние вопроса.
4.1. Аналого-цифровые преобразователи
Аналого-цифровые преобразователи или сокращенно АЦП предназначены для преобразования аналогового сигнала различной природы в цифровой код, который затем должен обрабатываться МПС.
Основными параметрами АЦП являются:
· диапазон входного сигнала в вольтах. Могут встречаться случаи как однополярного, так и двуполярного входного сигнала.
· точность представления аналогового сигнала цифровым кодом. Этот параметр зависит главным образом от разрядности АЦП, так как весь диапазон входного напряжения делится на коэффициент, который получается вычислением двойки в степени количества цифровых разрядов. Например, если входной диапазон составляет 0 - 10,24 В, а количество разрядов - 10, то цена деления последнего разряда кода (что и является точностью представления) составляет 10,24 В/(1024-1)= 0,01 В.
· время преобразования сигнала - время необходимое для внутреннего преобразования аналогового сигнала в цифровую форму. Этот параметр может сильно различаться для разных АЦП: от 10-20 мкс до сверхбыстродействующих БИС с 10-100 нс задержкой.
· величина отклонения от линейной характеристики преобразования аналог-цифра. В ряде применений этот параметр очень важен.
Принцип действия АЦП хорошо известен и заключается в сравнении на ряде компараторов некоторого опорного напряжения и входного сигнала. В результате сравнения вырабатывается цифровой код. Таким образом, в классических схемах помимо самого АЦП в систему необходимо было включать:
· Источник опорного напряжения с очень стабильным выходным напряжением, номинал которого не должен быть ниже максимального входного напряжения. Правда, сейчас разработаны интегральные источники опорного напряжения с очень высокими характеристиками.
· Схему тактирования АЦП, которая управляет временными характеристиками преобразования. Сейчас, как правило, схема тактирования включена в БИС АЦП.
· Регистр для хранения преобразованных данных до считывания их в МП или ОЭВМ. Сейчас также он входит в состав БИС.
· Схему индикации готовности преобразования. Как уже указывалось, выходной код появляется не сразу, а спустя определенное время - время преобразования tпр. Как обычно, БИС вырабатывает сигнал, который индицирует готовность кода на выходе.
На современном этапе все эти компоненты, как правило, располагаются внутри кристалла АЦП. Другим важным моментом является число и номинал источников питания БИС. Ранее для ее работы требовалось не менее двух источников, из которых один был стандартным - +5В, а другой должен был вырабатывать, например, отрицательное напряжение для питания внутренних блоков АЦП. Сейчас при разработке стремятся использовать один стандартный источник, а отрицательное напряжение получают внутри БИС путем преобразования +5В. Таким образом, для подключения БИС АЦП к МПС не требуется никаких дополнительных схем.
В зависимости от особенностей применения сейчас в основном используют:
· 8-разрядные АЦП для применений, где не предъявляются особые требования к точности преобразования, и где требуется минимизировать стоимость оборудования,
· 10- и 12-разрядные АЦП для большинства применений, для которых с одной стороны необходимо осуществить приемлемую точность преобразования, а с другой стороны не увеличивать сильно затраты на аналоговую часть,
· 14- и более разрядные АЦП для редких случаев, когда надо получить уникальные характеристики устройства. В этих применениях уже необходимо предпринимать специальные меры для исключения помех, наводок и т.п.
Схема подключения 10-разрядного типового АЦП к ОЭВМ семейства MCS-51 показана на рис. 4.1. 8 младших разрядов подключаются, например, к порту Р1, а 2 старших - к отдельным выводам порта Р3. С отдельного вывода порта Р3 снимается сигнал запуска АЦП. Обычно используются 2 способа работы с АЦП:
· после формирования сигнала запуска АЦП осуществляется программная задержка на время, превышающее паспортную величину времени преобразования. Затем происходит последовательное считывание уже готовых данных с порта Р1 и выводов порта Р3. После этого программно образуется двухбайтовое слово кода, соответствующее напряжению на входе.
· используется отдельный вывод с АЦП готовности данных, который подается на вход прерывания INT0 или INT1 ОЭВМ. В этом случае этот сигнал прерывает выполнение основной программы, и считывание данных осуществляется в подпрограмме обработки прерывания.
При проектировании схем с АЦП очень важно соблюдать некоторые основополагающие принципы конструирования:
· не располагать рядом аналоговых слаботочных и цифровых схем на плате устройства,
· обязательно разделять аналоговую и цифровую "земли", соединяя их при необходимости только в одной точке на входе платы,
· стремиться к максимальному укорочению связей от входа сигнала до входа АЦП,
· использовать конденсаторы развязки в цепи входа сигнала (обычно и керамический и электролитический конденсаторы).
Рис. 3.1. Схема подключения АЦП к ОЭВМ
В качестве примера на рис. 3.2 показана схема типового АЦП фирмы Analog Devices AD7892 и указаны назначение ее выводов. Это подлинно интегральный АЦП, у которого все элементы реализованы на кристалле, имеет следующие характеристики:
· число разрядов - 12,
· диапазон входных напряжений - или 0 - 10,24 В или -5,12 - +5,12 В,
· время преобразования - 2 мкс,
· потребляемая мощность от единственного источника +5В - 0,5 мВт.
Рис.3.2. Схема интегрального АЦП AD7892.
3.2. Цифро-аналоговые преобразователи
В большинстве случаев схемы цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) значительно проще, чем схемы АЦП. ЦАП осуществляет обратное преобразование кода на входе в аналоговый выходной сигнал.
Основные параметры ЦАП по существу, такие же, как и АЦП, только, как правило, БИС не имеет сигнала готовности, хотя время преобразования, естественно, конечно.
Основной проблемой при проектировании системы преобразования является наличие сильных импульсных помех при изменении кода на входе. Поэтому предпринимают специальные меры для исключения этих помех программными и схемными методами. Для согласования уровней выходного сигнала применяют масштабирующие усилители.
3.3. Преобразователи уровня и другие средства связи
Часто требуется управлять сильноточными цепями или вырабатывать уровни напряжения, которые выходят за рамки обычных ТТЛ уровней. В ряде применений из-за возможности влияния сильноточных цепей на цифровые схемы МПС требуется осуществить гальваническую развязку МПС и управляемых цепей. В этих случаях используют преобразователи уровней, реализованных на дискретных элементах или специализированных ИС. Из-за разнообразия таких вариантов существует множество схем преобразования.
Одним из примеров такого преобразования можно рассмотреть действительно актуальную проблему соединения МПС с последовательным каналом передачи данных, стандарт которого называется RS-232. Этот стандарт предусматривает уровни сигналов, протоколы передачи байта данных и даже конструктивные требования. В частности, рассмотренный в главе 2 МК серии MCS-51 обеспечивает преобразование байта данных в последовательный код для передачи по каналу RS-232. Однако выходные сигналы БИС имеют уровень ТТЛ, а уровни сигналов в канале должны изменяться в пределах -12...+12 В.
Ранее для преобразования ТТЛ уровней применялись схемы на дискретных элементах и обязательно надо было предусматривать в системе еще 2 источника питания : +12 В и -12 В.
Теперь разработана целая серия преобразователей ТТЛ-RS-232, которые имеют внутренние преобразователи напряжения и поэтому требующие только одного источника питания +5 В. Например, популярный преобразователь ADM202 фирмы Analog Devices имеет 2 преобразователя для приемного тракта и 2 преобразователя для передающего тракта канала RS-232. При этом он требует подключения только 4 конденсаторов номинала 0,1 мкФ.
4. Применение микропроцессоров и микропроцессорных систем
4.1. Особенности создания РЭС на МП
В настоящее время, в эпоху бурного развития микроэлектроники вариантов применения МП и МПС в различных отраслях народного хозяйства становится все больше. Целесообразно указать некоторые закономерности и проблемы, с которым сталкиваются потребители микропроцессорной техники. Применение МП в РЭА можно разделить на две области:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
