2.6. Лабораторна робота №5 “Вивчення роботи мікросхем пзп”

Мета роботи - Закріпити на практиці знання про роботу мікросхем регістрів в електронних схемах.

Короткі теоретичні відомості і методичні вказівки

Регістрами (англійське Register) є, по суті, кілька D-тригерів (звичайно від 4 до 16), сполучених між собою тим або іншим способом, і призначених для зберігання n-розрядного двійкового числа. Тому принципової різниці між ними і окремими D-тригерами не існує. Правда, трігери, що входять до складу регістрів, не мають такої кількості різноманітних управляючих входів, як одиночні трігери.

2.7. Лабораторна робота №7 “Вивчення роботи мікросхем озп”

Мета роботи - Закріпити на практиці знання про роботу мікросхем ОЗП в електронних схемах.

Прилади та матеріали

До складу лабораторної установки входить: лабораторна установка “RAM”.

Короткі теоретичні відомості і методичні вказівки

Основна відмінність оперативної пам'яті (RAM) від постійної (ROM) полягає в можливості оперативної зміни вмісту всіх елементів пам'яті за допомогою додаткового управляючого сигналу запису WR.

Кожний елемент оперативної (статичної) пам'яті є, по суті, регістром з комірок трігерів, в який може бути записана інформація і з якого можна інформацію читати. Вибір того або іншого регістра (того або іншого елемента пам'яті) проводиться за допомогою коду адреси пам'яті.

Тому при виключенні живлення вся інформація з оперативної пам'яті пропадає (стирається), а при включенні живлення інформація в оперативній пам'яті може бути довільною.

Відзначимо, що існує також ще один різновид оперативної пам'яті, так звана динамічна (на відміну від статичної), в якій інформація зберігається не в регістрах (не в комірках трігерів), а у вигляді заряду на конденсаторах. Ця пам'ять відрізняється більш низькою вартістю, меншою швидкодією і необхідністю регулярної регенерації (Refresh - відновлення) інформації в ній (оскільки конденсатори з часом розряджаються). Область вживання динамічної пам'яті набагато вужча, ніж статичної, в основному вона застосовується як системна оперативна пам'ять комп'ютерів, де міркування вартості виходять на перший план. Тому тут ми про неї говорити не будемо. Хоча багато особливостей використовування статичної пам'яті відносяться і до динамічної пам'яті.

В даний час є величезний вибір мікросхем пам'яті з різним об'ємом (від декількох байт до декількох мегабайт), з різною кількістю розрядів (звичайні 1, 4, 8, 16 розрядів), з різними методами управління, з різним споживанням і швидкодією. У кожному конкретному випадку треба підбирати оптимальну пам'ять, що найбільшою мірою задовольняє вимогам вирішуваної задачі.

Таблиці режимів роботи (таблиці істинності) мікросхем пам'яті не дають достатньо інформації для їх практичного використовування. Для мікросхем пам'яті дуже важливі тимчасові параметри (затримки сигналів щодо один одного) і порядок виставляння і зняття сигналів адреси, даних і управління. Всю цю інформацію дають тимчасові діаграми циклів запису в пам'ять і читання з пам'яті, що приводяться в довідниках. Найголовніші тимчасові параметри оперативної пам'яті наступні:

• час вибірки адреси (затримка між зміною адреси і видачею даних);

• час вибірки мікросхеми (затримка видачі даних по виставлянню сигналу -CS);

• мінімальна тривалість сигналу запису -WR;

• мінімальна тривалість сигналу -CS.

Всього ж кількість тимчасових параметрів може досягати двох-трьох десятків, але ми детально не зупинятимемося на цьому, оскільки вся подібна інформація є в численних довідниках. Характерні величини всіх тимчасових параметрів пам'яті складає від одиниць і навіть часток наносекунд до десятків наносекунд.

В даній лабораторній роботі студенту необхідно ознайомитися з роботою та призначенням виводів статичної мікросхеми пам”яті .

Для виконання роботи була розроблена лабораторна установка що розроблена на базі оперативного запам’ятовуючого пристрою К155РУ2 (7489N).

Структурна схема лабораторної установки представлена на рисунку 7.1.

Рисунок 7.1. Структурна схема лабораторнї установки

• Тактовий генератор – призначений для задання частоти перемикання ліній вибору комірок пам’яті в режимі автоматичного відтворення;

• Лічильник адреси – призначений для перетворення послідовності імпульсів від генератора в двійковий код для вибірки комірки пам’яті;

• Блок клавіатури – призначений для вводу адреси комірки пам’яті (режим ручного вводу) і вводу коду даних, які необхідно записати;

• Комутатор – призначений для вибору варіанту вводу адрес комірок пам’яті, в залежності від вибраного режиму роботи;

• Схема управління IN-OUT – призначена для вибору режиму запису – зчитування даних.

• RAM – чотирьох розрядна 64 - бітна оперативна пам’ять;

• Блок індикації – призначений для відтворення вмісту вказаної комірки, а також для “підсвітки” виставленої адреси і даних на відповідні шини.

Умовне позначення мікросхеми К155РУ2, яка досліджується в лабораторному стенді зображене на рисунку 7.2, призначення виводів – таблиці 7.1, основні параметри – таблиці 7.2.

Рисунок 7.2 Умовне позначення мікросхеми пам’яті К155РУ2

Таблиця 7.1 Призначення виводів мікросхеми К155РУ2

Номер виводу	Опис	Номер виводу	Опис
1	вхід адреси А1	9	вихід Q3
2	вхід дозволу вибірки ОЗП	10	вхід даних D3
3	вхід дозволу запису	11	вихід Q4
4	вхід даних D1	12	вхід даних D4
5	вихід Q1	13	вхід адреси А4
6	вхід даних D2	14	вхід адреси А3
7	вихід Q2	15	вхід адреси А2
8	загальний	16	напруга живлення

Таблиця 7. 2 Основні параметри мікросхеми К155РУ2

№ п/п	Назва параметру	Значення
1	Номінальна напруга живлення	5 В 5 %
2	Вхідний струм низького рівня, не більше	1,6 мА
3	Вихідний струм високого рівня, не більше	0,04 мА
4	Струм споживання, не більше	105 мА
5	Споживана статична потужність на один біт, не більш	8,6 мВт
6	Час відновлення після запису, не більше	70 нс

Зарубіжні аналоги мікросхеми :

К155РУ2 – 7489N

К555РУ2 –74LS89N

Мікросхема К155РУ2 – високошвидкісна ОЗП об’ємом 64 біт з організацією 16 слів по 4 біти. Код адреси на лініях А1-А4 вибирає комірку пам’яті. Чотири буферні входи даних D1-D4 забезпечені входом дозволу запису/зчитування Р3 (-w/r). Кожен вихід даних Q1-Q4 має "відкритий" колектор. Дані на виходах мікросхеми інвертовані відносно тих, які записані в пам'яті.

При “лог.0” на вході РВ (-cs) мікросхема вибрана і готова до запису або зчитування інформації; при “лог.1” на вході РВ (-cs) виходи мікросхеми переходять в “Z” стан .

Для зчитування даних з ОЗП, після фіксації адреси, на вхід РЗ (-w/r) подається напруга високого рівня.

Для запису сигналів вимагається встановити напругу низького рівня на вході управління РЗ (-w/r). Адресний код необхідної комірки і код на входах даних в цей час повинні бути зафіксовані.

Опис роботи лабораторної установки

Лабораторний стенд може працювати в двох режимах роботи:

• простий ввід/вивід даних по вказаній вручну адресі (режим “Р”);

• автоматичне відтворення записаних даних на індикаторах з частотою, яка задається тактовим генератором, або клавішею послідовного перебору адреси “АД+” (залежно від модифікації стенду) (режим “А”).

В перший режим схема переходить по перемиканню тумблера SB1 в положення “Р”. При цьому тригер RS-тригер, реалізований на елементі DD2.1 переходить в стан “лог.0” (вив.5=0), тим самим блокуючи проходження імпульсів від генератора через елемент DD3.4. і перемикаючи комутатор DD5 на ввід адреси комірок з клавіатури користувача. Перехід в даний режим індикується світлодіодом HL2 (зелений колір).

Для запису інформації в пам'ять потрібно виставити код адреси комірки на адресних входах А0-А3 (перемикачі SB3-SB6), виставити код записуваних в цю комірку даних на входах даних D0-D3 (перемикачі SB7-SB10), подати сигнал запису (-wr) (перемикач SB2 – горить світлодіод HL4 червоного кольору) і подати сигнал вибору мікросхеми (-cs) (перемикач SB11 – горить світлодіод HL11 зеленого кольору). Порядок виставляння сигналів може бути різним (наприклад, можна виставляти (-cs) або знімати його раніше або пізніше за виставляння або зняття (-wr) але дані і адреса повинні утримуватися на входах протягом всієї тривалості сигнал(-wr) у (або (-cs)) і заданий час після його закінчення.

Типові тимчасові діаграми циклів запису і читання приведені на рисунку 7.3

Рисунок 7.3 Типові тимчасові діаграми запису в пам'ять (а) і зчитування з пам'яті (6).

Дані які видаються на шину даних Q0-Q3 в режимі зчитування (активний сигнал RD – індикатор HL5 зеленого кольору), відображається на світлодіодних індикаторах HL16…HL19 в двійковій формі і на семисегментному індикаторі HG1 в шістнадцятковій.

В режим автоматичного виводу даних, схема переходить перемиканням тумблера SB1 в положення “A”. При цьому тригер RS-тригер DD2.1 переходить в стан “лог.1” (вив.5=1), тим самим дозволяючи проходження імпульсів від генератора (DD3.1-DD3.2) на лічильник DD4 через елемент DD3.4. і перемикаючи комутатор DD5 на ввід адреси комірок з лічильника адреси. Перехід в даний режим індикується світлодіодом HL1(червоний колір). В даному режимі вміст комірок відображається на індикаторах HL16…HL19 в двійковій формі і на семисегментному індикаторі HG1 в шістнадцятковій.

Принципова схема стенду розміщена в додатках.

SB1- перемикач режимів роботи “А/Р”;

A0-A3 – перемикачі коду адреси;

D0-D3 – перемикачі коду даних;

Q0-Q3 – індикатори виходів даних;

SB2 – перемикач вибірки мікросхеми - (-cs)

SB11– перемикач запису (-w/r)/зчитування (RD)

HL3 –індикатор роботи генератора;

HG1 – семисегментний індикатор;

AD+ – кнопка перебору адреси (залежно від модифікації стенду)

G – генератор;

CT2 – лічильник;

BD – комутатор;

RAM – ОЗП.

SB1

A0

A1

A2

Q0

Q1

Q2

HL3

HL2

HL1

BD

G

CT2

A3

D0

D1

D2

D3

Q3

HG1

SB11

SB2

HL11

HL10

HL4

HL5

Рисунок 7.4 Схема розміщення елементів стенду

Хід роботи

ПІДГОТОВКА ДО РОБОТИ

Вивчити принцип роботи, параметри, характеристики, схеми включення і можливості застосування інтегральних мікросхем (IMC) ОЗП. Вивчити основні характеристики мікросхем ОЗП.

Замалювати у звіт його графічне зображення мікросхеми К155РУ2 та призначення її виводів.

ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Підготовка до роботи

1. Встановити перемикач SB1 в положення “Р” (нижнє положення перемикача);

2. Встановити перемикач SB11 в положення “Z” (верхнє положення перемикача);

3. Встановити перемикач SB2 в положення “RD” (верхнє положення перемикача);

4. Увімкнути живлення стенду, індикатори HL2 i HL10 повинні горіти.

Дослідження ОЗП в ручному режимі (Р).

Записати у вказані комірки пам’яті відповідні дані (таблиця 7.3). для цього:

1. З допомогою перемикачів A0-A3 встановити адресу комірки пам”яті

2. З допомогою перемикачів D0-D3 встановити дані, що мають бути записані у вибрану комірку пам”яті.

3. Подати сигнал запису (-wr) (перемикач SB2 – горить світлодіод HL4 червоного кольору) і подати сигнал вибору мікросхеми (-cs) (перемикач SB11 – горить світлодіод HL11 зеленого кольору)

4. Повторити п.1-п.3 ще 2 рази.

Прочитати дані записані в п.1-п.4. (виконується аналогічно п.1-п.4, лише перемикач SB11 перемкнути в протилежний стан)

Таблиця 7.3 Завдання для виконання роботи

№	Адреса	Дані	№	Адреса	Дані	№	Адреса	Дані
1 (16)	0h 5h 9h	8h 0Ah 0Ch	6 (21)	1h 6h 0Dh	2h 0Dh 8d	11 (26)	4h 7h 1h	9h 0Bh 10d
2 (17)	2h 4h 1h	14d 1h 0h	7 (22)	8h 9h 0Ah	7h 11d 02h	12 (27)	3h 6h Ch	4h 0h 12d
3 (18)	0Bh 5h 8h	0fh 11d 4h	8 (23)	0Ch 03h 0h	1h 0Ah 12d	13 (28)	0Bh 0Dh 00h	11d 0Ah 2h
4 (19)	6h 0Fh 1h	08h 2d 9h	9 (24)	1h 4h 6h	7h 0Bh 9d	14 (29)	6h 2h 9h	7d 12d 0Ch
5 (20)	5h 3h 8h	2h 3d 0Dh	10 (25)	2h 3h 4h	1h 3d 00h	15 (30)	3h 6h 0Ah	8d 0Ah 15d

Дослідження ОЗП в автоматичному режимі (А).

1. Записати у всі комірки число 0000. (див п.1-п.3)

2. За допомогою влаштованого генератора (або по кнопці AD+) переглянути вміст комірок пам’яті, починаючи з 0 по 15. Результати занести у таблицю 7.4.

3. Порівняти записаний код 0000 з прочитаним кодом.

Завершення виконання лабораторної роботи

• Вимкнути живлення стенду.

• Зробити висновки по роботі.

• Відповісти на контрольні запитання.

Таблиця 7.4. бланк для запису даних експерименту.

№ п\п	адреса	записані дані	прочитані дані
1
2
......
16

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Призначення ОЗП. Основні відмінності від ПЗП.

2. Типи ОЗП.

3. Організація пам’яті ОЗП.

4. Основні параметри ОЗП.

5. Принципи збільшення розрядності даних і адреси.