Репрограммируемые запоминающие устройства. Определение, принципиальная схема, принцип работы.

Основным свойством памяти программ является ее энергонезависимость, то есть возможность хранения программы при отсутствии питания. С точки зрения пользователей МК следует различать следующие типы энергонезависимой памяти программ:

· ПЗУ, программируемые пользователем, с ультрафиолетовым стиранием — EPROM (Erasable Programmable ROM). ПЗУ данного типа программируются электрическими сигналами и стираются с помощью ультрафиолетового облучения. Ячейка памяти EPROM представляет собой МОП-транзистор с «плавающим» затвором, заряд на который переносится с управляющего затвора при подаче соответствующих электрических сигналов. Для стирания содержимого ячейки она облучается ультрафиолетовым светом, который сообщает заряду на плавающем затворе энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера и стекания на подложку. Этот процесс может занимать от нескольких секунд до нескольких минут. МК с EPROM допускают многократное программирование и выпускаются в керамическом корпусе с кварцевым окошком для доступа ультрафиолетового света. Такой корпус стоит довольно дорого, что значительно увеличивает стоимость МК. Для уменьшения стоимости МК с EPROM его заключают в корпус без окошка (версия EPROM с однократным программированием).

· ПЗУ, программируемые пользователем, с электрическим стиранием — EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM). ПЗУ данного типа можно считать новым поколением EPROM, в которых стирание ячеек памяти производится также электрическими сигналами за счет использования туннельных механизмов. Применение EEPROM позволяет стирать и программировать МК, не снимая его с платы. Таким способом можно производить отладку и модернизацию программного обеспечения. Это дает огромный выигрыш на начальных стадиях разработки микроконтроллерных систем или в процессе их изучения, когда много времени уходит на поиск причин неработоспособности системы и выполнение циклов стирания-программирования памяти программ. По цене EEPROM занимают среднее положение между OTPROM и EPROM. Технология программирования памяти EEPROM допускает побайтовое стирание и программирование ячеек. Несмотря на очевидные преимущества EEPROM, только в редких моделях МК такая память используется для хранения программ. Связано это с тем, что, во-первых, EEPROM имеют ограниченный объем памяти. Во-вторых, почти одновременно с EEPROM появились Flash-ПЗУ, которые при сходных потребительских характеристиках имеют более низкую стоимость;

· ПЗУ с электрическим стиранием типа Flash — Flash-ROM. Функционально Flash-память мало отличается от EEPROM. Основное различие состоит в способе стирания записанной информации. В памяти EEPROM стирание производится отдельно для каждой ячейки, а во Flash-памяти стирать можно только целыми блоками. Если необходимо изменить содержимое одной ячейки Flash-памяти, потребуется перепрограммировать весь блок. Упрощение декодирующих схем по сравнению с EEPROM привело к тому, что МК с Flash-памятью становятся конкурентоспособными по отношению не только к МК с однократно программируемыми ПЗУ, но и с масочными ПЗУ также.

13. АЦП и ЦАП: назначение, принцип работы.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Аналоговый сигнал в АЦП преобразуется в последовательность цифровых значений. Следовательно, необходимо определить частоту выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся цифровые значения, получила название частота дискретизации АЦП.

Все виды ЦАП можно условно подразделить на две группы: первая — ЦАП с прецизионными резистивными матрицами, вто­рая — безматричная. В первой группе различают по способу фор­мирования сигнала три типа схем: с суммированием токов, с делением напряже­ния, с суммированием на­пряжения; одна­ко в микроэлектронном исполнении применяются структуры только первых двух типов.

Из ИС второй группы пока можно назвать два типа ЦАП: с активными делителями тока и стохастический. Как первая, так и вторая группы ЦАП обладают своими достоинства­ми и недостатками, влияющими на характеристики прибора.

ЦАП с резистивными матрицам:

А)— с суммированием токов;

Б)—с суммированием напряжений.

а — с активными делителями токов. б — стохастический.

(1 — компаратор кодов; 2 — генератор случайных цифровых сигналои; 3 — триггер; 4 — активный делитель тока на 2; 5 — цифровые входы; б—аналоговый выход; 7 — образцовое напряжение; 8 — тактовый сигнал)

Из этой пары взаимно дополняющих друг друга устройств первичным можно было бы считать АЦП, поскольку преобразование аналогового сигнала начинается именно с него. Однако, в большинстве случаев основной частью АЦП является как раз ЦАП. Поэтому, логичнее вначале познакомиться с принципами его работы.
Он представляет собой суммирующий операционный усилитель с резистивной матрицей на входе. Число резисторов в матрице равно числу разрядов преобразуемого отсчета, каждый из которых управляет своим ключом. Если в соответствующем разряде «нуль», то ключ разомкнут, если «единица» — то замкнут. Величина сопротивления каждого последующего резистора, начиная с резистора старшего разряда, удваивается. Следовательно, ток, протекающий через эти резисторы, будет вдвое уменьшаться с уменьшением веса разряда. Выходное напряжение операционного усилителя будет пропорционально общему току и, следовательно, значению кода выборки.
Данная схема очень проста. Однако, для ЦАП высокой разрядности величина сопротивления весового резистора младшего разряда становится очень большой. Для 16-разрядного ЦАП — 65536R. Само по себе это не страшно, но точность при этом необходима чрезвычайно высокая — 1/65536 для 16-разрядного ЦАП. Реализовать такую точность в интегральном исполнении практически невозможно. Поэтому данная схема используется лишь для создания ЦАП низкой разрядности (до 10).

14. Основные типы логик цифровой схемотехники: ТТЛ (ТТЛШ) и КМОП. Сравнительный анализ.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики).

ТТЛ получила широкое распространение и применяется в компьютерах, АСУТП, электронных музыкальных инструментах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре. Благодаря широкому распространению ТТЛ входные и выходные цепи электронного оборудования часто выполняются совместимыми по электрическим характеристикам с ТТЛ.

Принцип работы ТТЛ с простым инвертором:
При нулевом уровне любом входе VT1 работает в нормальном режиме и формирует на базе VT2 потенциал близкий к нулю. В этом состоянии неосновные носители из базы VT2 рассасываются не только через коллектор, но и через открытый VT1.
Если ноль подается на один из входов VT1, то наблюдается максимальный входной ток I=(E-0,7)/R1. В этом случае через другие эметерные переходы может наблюдаться паразитный ток. Чтобы он не был слишком велик неиспользуемые входы элемента присоединяются к источнику питания +5В, -5В через резистор с сопротивлением 1кОм, который может работать на 10 входов ТТЛ. Если свободные входы не подключаются ни к чему, то логика работы схемы сохраняется но паразитная емкость входных цепей будет уменьшать быстродействие ципе из расчета 2 нс на 1 вход. Свободные входы могут воспринимать сигнал помехи, который может привести к сбою в работе схемы.
Если на все входы поступает уровень логической единицы, то VT1 окажется инверсно-включенным, ток R1 течет через коллектор VT1 в базу VT2, на выходе формируется ноль.
Если резистор R2 не используется, то имеем дело с элементом с открытым коллектором, у которого в условном обозначении используется дополнительный символ.

Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ)

В ТТЛШ используются транзисторы Шоттки, в которых барьер Шоттки не позволяет транзистору войти в режим насыщения в результате чего диффузионная ёмкость мала и задержки переключения малы, а быстродействие высокое.

ТТЛШ-логика отличается от ТТЛ наличием диодов Шоттки в цепях база — коллектор, что исключает насыщение транзистора, а также наличием демпфирующих диодов Шоттки на входах (редко на выходах) для подавления импульсных помех, образующихся из-за отражений в длинных линиях связи (длинная - понятие относительное, длинной считается линия, время распространения сигнала в которой больше длительности его фронта, для самых быстрых ТТЛШ микросхем линия становится длинной начиная с длины в несколько сантиметров

КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

Дата добавления: 2015-07-20