84319

Разработка оперативного запоминающего устройства на ИС К537РУ6

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ОЗУ техническое устройство выполняющее функции оперативной памяти расшифровывается как оперативное запоминающее устройство. ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или же интегрировано в конструкцию систему такой как однокристальная ЭВМ или микроконтроллер.

Русский

2015-03-18

196.41 KB

28 чел.

Содержание

Введение 2

Принцип действия ОЗУ 3

Проектирование ОЗУ 4

Описание микросхемы КР537РУ6 4

Наращивание числа разрядов в ОЗУ 5

Наращивание числа слов ОЗУ 5

Описание дешифратора КР1554ИД14 6

Разработка регистров MAR и MDR 7

Описание микросхемы КР1554ИР23 7

Выбор мультиплексора К1554КП16 9

Расчет потребляемой мощности 11

Заключение 12

Список литературы 13

Введение

 Оперативная память – энергозависимая часть ВМ, в которой временно хранятся команды и данные, которые необходимы процессору для выполнения команд.

ОЗУ - техническое устройство, выполняющее функции оперативной памяти, расшифровывается, как оперативное запоминающее устройство. ОЗУ может изготавливаться, как отдельный блок, или же интегрировано в конструкцию систему, такой как однокристальная ЭВМ или микроконтроллер.

К ОЗУ относят запоминающие устройства, использующиеся для хранения информации, получаемой в процессе работы устройства и обеспечивающие соизмеримые времена ее считывания и записи.

ОЗУ могут быть статическими и динамическими.

Статические ОЗУ хранят записанную информацию в выделенном для нее месте и не разрушается при ее считывании. Разрушение информации возможно только при принудительном удалении информации или отключения питания ОЗУ.

В динамических оперативных ЗУ информация постоянно циркулирует в массиве, который отведен для ее хранения. При считывании информации происходит ее разрушение. Поэтому для сохранения информации необходима ее перезапись.

Для ОЗУ предъявляются специфические требования:

- Достаточно большой объем

- Высокое быстродействие

- Низкое энергопотребление

На схемах оперативное запоминающее устройство обозначается, как RAM, что расшифровывается, как random access memory. Также при разработке ОЗУ используется несколько общепринятых обозначений:

- MAR (memory address register) – регистр адресной памяти. Служит для записи адреса ячейки из которой будет произведено считывание данных или же их запись.

- MDR (memory data register) – регистр данных памяти. Предназначен для обмена данными с оперативным запоминающим устройством.

- WR (write) – сигнал записи.

- RD (read) – сигнал чтения.

- CE (chip enable) – сигнал выбора чипа.

Принцип действия ОЗУ

При записи в ОЗУ данные сначала помещаются в регистр данных (MDR). После этого в регистр адреса (MAR) записывается адрес, по которому эти данные будут размещены. Во время записи в регистр сигнал Chip Select, который обозначен на схеме, как CE, имеет пассивный уровень (т.е. память отключена). Как только информация и адрес записаны в соответствующие регистры, сигналы CE и WR устанавливаются в активное состояние. После этого данные записываются в ОЗУ.

При чтении из ОЗУ в регистр адреса записывается адрес ячейки, из которой требуется считать информацию. После этого подаются сигналы CE и RD. Далее на регистр данных поступают требуемые данные, откуда их можно считать и использовать.

Проектирование ОЗУ

Разработать модуль ОЗУ объемом 8К сл. на 4 разрядов на основе ИС КР537РУ6. Регистры MAR,  MDR и другие узлы модуля реализовать на микросхемах серии К1554.

Так как ИС КР537РУ6 имеет объем 4К х 1р, то необходимо произвести наращивание числа разрядов и наращивание числа слов.

Описание микросхемы КР537РУ6

Микросхема КР537РУ6 представляет собой статическое оперативное запоминающее устройство емкостью 4 кбит (4К х 1р) со схемой управления.

Назначения выходов:

- 1,2,3,15,16,17 – Вход адресный строки.

- 4,5,6,13,14 – Вход адресный столбца.

- 7 – Выход информационный.

- 8 – Вход сигнала “запись-считывание”.

- 9 – Общий.

- 10 – Вход сигнала разрешения.

- 11 – Вход информационный.

- 18 – Напряжение питания

Таблица истинности

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания

± 10%

Выходное напряжение низкого уровня

           При Uп=4,5 В, Iн=3,2 мА

≤0,3 В

           При Uп=4,5 В, Rн≥10МОм

≤0,01 В

Выходное напряжение высокого уровня

           При Uп=4,5 В, Iн=1,2 мА

2,55 В

           При Uп=4,5 В, Rн≥10МОм

4,49 В

Напряжение статической помехи на входе микросхемы

           Низкого уровня

0,3 В

           Высокого уровня

0,75 В

Ток потребления в режиме хранения

           При Uп=4,5 В

≤0,01 мА

           При Uп=3,3 В

≤0,03 мА

Ток утечки при Uп=5,5 В на входе, на информационном выходе

≤2 мкА

Время выборки разрешения

≤140 нс

Время выборки адреса

≤160 нс

Время цикла записи (считывания)

≤240 нс

Время установления сигнала разрешения относительно сигнала адреса в режимах записи и считывания

≤ 20 нс

Длительность (в режимах записи и считывания) сигнала разрешения

≤140 нс

Интервал между сигналами разрешения

≤100 нс

Длительность сигнала записи (считывания)

≤160 нс

Входная емкость

8 пФ

Выходная емкость

≤14 пФ

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Максимальное напряжение питания

6 В

Амплитуда сигналов на входах

-0,3…(Uп+0,3)В

Максимальный ток нагрузки

10 мА

Максимальная емкость нагрузки

1000 пФ

Температура окружающей среды

-10…+70оС

Наращивание числа разрядов в ОЗУ

Для увеличения числа разрядов с 1 до 4 необходимы 4 микросхемы. Объединение разрядов осуществляется за счёт объединения сигналов WR/,  и их адресных входов А0..А11. Результат наращивания показан в приложении 1.

Наращивание числа слов ОЗУ

Схема, полученная после наращивания разрядов, имеет 12 адресных входов. что соответствует 4К словам. В свою очередь по заданию проектирования ОЗУ должно иметь 8К слов. Это значит, что нам необходим еще один адресный вход. Для этого нам необходим дешифратор с одни адресным входом, который будет выполнять роль старшего разряда.

Для увеличения числа слов с 4К до 8К нам необходимы 2 схемы, полученные после наращивания числа разрядов и один дешифратор. Объединим адресные входы (A0..A11), входы и выходы данных и входы WR/. На вход дешифратора подается А12, а выходы дешифратора подключим ко входам   микросхем. Результат наращивания показан в приложении 2.

Для данного примера был выбран дешифратор КР1554ИД14. Схема КР1554ИД14 состоит из двух дешифраторов 2 в 4, поскольку нам нужен один дешифратор 1 в 2, то на входы А0 и А1 второго дешифратора и вход А1 первого дешифратора подается сигнал GND, что соответствует 0.

Описание дешифратора КР1554ИД14

В схеме, которая была получена из схем КР537РУ6 путем наращивания числа разрядов, на вход , разрешающий работу устройства сигнал подается в инвертированном виде. Для этого потребовался дешифратор, выходы которого инвертированы. Для этих целей был выбран КР1554ИД14.

Микросхема КР1554ИД14 состоит из двух независимых дешифраторов, демультиплексоров. Каждый из дешифраторов имеет два адресных входа А0.n и A1.n и вход разрешения  с низким активным уровнем. Если дешифратор работает в режиме демультиплексора, то вход разрешения  принимает данные.

Таблица истинности одного дешифратора

А0

А1

D0

D1

D2

D3

1

x

x

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

Электрические параметры

Напряжение питания

± 10%

Входное напряжение низкого уровня при Uп=5,5B, Cн=50пФ

1,65  В

Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5,5B, Cн=50пФ

≥3,85 В

Входное напряжение высокого уровня при I1вых=-24мкА

≤0,32 В

Выходное напряжение высокого уровня при I1вых=-24мкА

≥4,86 В

Входной ток при Uп=5,5В

|±0,1|мкА

Ток потребления при Uп=5,5В

≤8 мкА

Выходной ток при Uп=5,5В в состояние выключено

|±0,5|мкА

Выходной ток низкого уровня при T==+85 oC

≤86 мА

Время задержки распространения сигнала при Uп=5,5B, Cн=50пФ

       При включение от входов An

       От входов к выходам

≤10 нс

       При выключение от входов An

       От входов к выходам

≤8,5 нс

Входная емкость

4,5 пФ

Разработка регистров MAR и MDR

Требуется выбрать элементы, которые будут использоваться при построении регистров MAR и MDR.

Схема ОЗУ, которая была разработана в предыдущих пунктах, имеет объем 8К х 4р. Для того, чтобы схема была работоспособна, необходимо, что бы MAR содержал 13 адресных разрядов, что соответствует 13 адресам слов в ОЗУ. Исходя из этого был выбран восьмиразрядный регистр КР1554ИР23.

Из двух таких регистров можно спроектировать регистр на 16 разрядов, объединив их входы разрешения и записи. Тринадцать входов полученного регистра будут использоваться для записи адреса, поэтому они будут подключены к адресным входам спроектированного ОЗУ, а три оставшихся и вход EZ будут заземлены.

Регистр данных (MDR) должен быть объемом 4 разряда. Следовательно, у него должно быть 4 разряда, как и в спроектированном ОЗУ. Для построения этого регистра так же воспользуемся регистром КР1554ИР23, заземлив четыре из восьми входов данных и вход EZ.

Описание микросхемы КР1554ИР23

Микросхема представляет собой восьмиразрядный, управляемый по фронту регистр с параллельным вводом/выводом данных с тремя состояниями на выходе.

Назначение выводов:

- 1 - Вход разрешения состояния высокого импеданса выхода.

- 2,5,6,9,12,15,16,19 – Выходы данных.

- 3,4,7,8,13,14,17 – Входы данных.

- 10 – Общий.

- 11 – Вход тактового импульса по уровню С.

- 20 – Напряжение питания.

Таблица истинности

Электрические параметры

Напряжение питания

± 10%

Входное напряжение низкого уровня при Uп=5,5B, Cн=50пФ

1,65  В

Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5,5B, Cн=50пФ

≥3,85 В

Входное напряжение высокого уровня при I1вых=-24мкА

≤0,32 В

Выходное напряжение высокого уровня при I1вых=-24мкА

≥4,86 В

Входной ток при Uп=5,5В

|±0,1|мкА

Ток потребления при Uп=5,5В

≤8 мкА

Выходной ток при Uп=5,5В в состояние выключено

|±0,5|мкА

Выходной ток низкого уровня при T==+85 oC

≤86 мА

Время задержки распространения сигнала при Uп=5,5B, Cн=50пФ

         При включении от выходов С к выходам D

≤9 нс

         При выключении от выходов С к выходам D

≤9,5 нс

         При переходе из состояния “выключено” в состояние низкого (высокого) уровня от выхода EZ к выходам D

≤8,5 нс

         При переходе из состояния низкого уровня в состояние “выключено” от выхода EZ к выходам D

≤8,5 нс

         При переходе из состояния высокого уровня в состояние “выключено” от выхода EZ к выходам D

≤11  нс

Время предустановки D0 относительно входа С

≤4 нс

Время удержания D0 относительно входа С

≤1 нс

Максимальная тактовая частота при Uп=4,5B

≥100 МГц

Входная емкость

4,5 пФ

Выбор мультиплексора К1554КП16

Для корректной работы ОЗУ необходим мультиплексор, который будет определять откуда будет произведена запись данных в MDR.

При записи сигнал сначала поступает на MDR от ЭВМ, после чего поступает запрос от ЭВМ на запись, в следствии чего сигнал записывается в память по адресу, указанному в MDR.

При чтении ЭВМ подает запрос на чтение. Данные проходят через мультиплексор и попадают на MDR из ОЗУ. Оттуда  данные могут быть обработаны вычислительной машиной.

Для описанных задач необходим четырехразрядный мультиплексор с двумя адресами. Идеально подходит мультиплексор К1554КП16. (Реализацию модуля ОЗУ с регистрами MAR и MDR, а также мультиплексором см. в приложении 3)

 Микросхема КР1554КП16 представляет собой четыре двухвходовых мультиплексора-селектора.

 Назначения выводов:

- 1 – Вход выбора данных.

- 2,3,5,6,10,11,13,14 – Входы данных.

- 8 – Общий.

- 4,7,9,12 – Выходы данных.

- 15 – Вход разрешения выбора данных.

- 16 – Напряжение питания.

Таблица истинности

Электрические параметры

Напряжение питания

± 10%

Входное напряжение низкого уровня при Uп=5,5B, Cн=50пФ

1,65  В

Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5,5B, Cн=50пФ

≥3,85 В

Входное напряжение высокого уровня при I1вых=-24мкА

≤0,32 В

Выходное напряжение высокого уровня при I1вых=-24мкА

≥4,86 В

Входной ток при Uп=5,5В

|±0,1|мкА

Ток потребления при Uп=5,5В

≤8 мкА

Выходной ток при Uп=5,5В в состояние выключено

|±0,5|мкА

Выходной ток низкого уровня при T==+85 oC

≤86 мА

Потребляемая мощность

0,0025 мВт/вент

Время задержки распространения сигнала при Uп=5,5B, Cн=50пФ

При включении

       От входа SED к выходу D0

≤8,5 нс

       От входа к выходу D0

≤9 нс

       От входов Dn к выходу D0

≤6,5 нс

При выключении

       От входов SED и  к выходу D0

≤9 нс

       От входов Dn к выходу D0

≤6,5 нс

Входная емкость

4,5 пФ

Расчет потребляемой мощности

Функциональная схема состоит из трех регистров КР1554ИР23, одного мультиплексора К1554КП16 и одной микросхемы ОЗУ.

В состав ОЗУ входит 8 микросхем К537РУ6 и один дешифратор КР1554ИД14.

Произведем расчет потребляемой мощности:

P=Uпит*Iпит

Uпит=5 В

PК1554КП16=5В*8мкА=0,00004 Вт

PК1554ИР23=5В*8мкА=0,00004 Вт

PК1554ИД14=5В*8мкА=0,00004 Вт

PК537РУ6=5В*0,01мА=0,0005 Вт

Pсхемы= PК1554КП16+ 3*PК1554ИР23+ PК1554ИД14+ 8*PК537РУ6

Pсхемы= 0,0007Вт

Заключение

В результате выполнения курсовой работы была выполнена разработка оперативного запоминающего устройства на ИС К537РУ6, с использованием элементов серии К1554 для построения регистров MAR и MDR и других узлов модуля.

Во время разработки было произведено наращивание слов и разрядов, а также разработаны регистры адреса и данных.

Работа над данным проектам позволила более подробно изучить дисциплину. Были получены навыки построения узлов и элементов, а также работы со справочными материалами.

Список литературы

  1. Нефедов А.В.  Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник М.:ИП РадиоСофт, 2000
  2. Петровский И.И. - Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. 1998

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6073. Роль человека в проблеме БД. Ощущения. Понятие о восприятии человеком времени и расстояний. Реакция и ее Виды 45 KB
  Введение В современных условиях комфортабельности легковых автомобилей, работа водителей попадает в разряд легких. Однако длительная и интенсивная работа за рулем легкового автомобиля приводит к перенапряжению нервной системы водителя, тре...
6074. Значение витаминов и минералов обеспечение здоровья 43.18 KB
  Витамины(введение). Слова витамины - источник здоровья знакомы нам с детства, и мы настолько привыкли к ним, что перестаем придавать им значение. А напрасно! Ведь на самом деле без витаминов обеспечить полноценное здоровье совершенно невозм...
6075. Венерические заболевания и заболевания мочеполовых путей 54.5 KB
  Венерические заболевания - инфекционные болезни женской и мужской мочеполовых систем, заражение которыми происходит половым путем. Причем неважно, какую именно форму сексуальных отношений вы изберете. Любой контакт слизистых чреват пе...
6076. Михаи́л Ю́рьевич Ле́рмонтов 82.5 KB
  Род Лермонтовых происходил из Шотландиии восходил к полумифическому барду-пророку Томасу Лермонту. Эта гипотеза, однако, до настоящего времени не была ни подтверждена, ни опровергнута. Михаил Юрьевич Лермонтов появился на свет в Москве, в ночь со вт...
6077. Рекламная деятельность в системе маркетинга 128.5 KB
  Введение Сегодня актуальность рекламы не вызывает сомнения, так как она играет ключевую роль в развитии рыночной экономики и является её важным элементом. Есть основания утверждать, что реклама - лучшая гарантия качества товара (услуги). Ложная...
6078. Иски в Римском праве 55 KB
  Что такое иск? Назовите виды исков. Чем отличается вещный иск от личного иска? Задача № 1. Римское право запрещало собственнику земли изменять естественный стог ручья, бегущего по его участку, если этим наносился вред соседям. Что э...
6079. Геометрические характеристики плоских сечений 71 KB
  Геометрические характеристики плоских сечений Прочность бруса не всегда зависит только от площади поперечного сечения, как это имеет место при растяжении, сжатии. Как бы вы ни поворачивали стержень относительно продольной оси, условие прочности буде...
6080. Кручение. Понятие о крутящем моменте, внешних нагрузках, вызывающих кручение 64 KB
  Кручение. Понятие о крутящем моменте, внешних нагрузках, вызывающих кручение Под кручением понимается такой вид нагружения, при котором в поперечных сечениях стержня возникает единственный силовой фактор - крутящий момент Мк. Стержни, работающи...
6081. Внутренние силы. Метод сечений 52.5 KB
  Внутренние силы. Метод сечений Внешние силы, действующие на реальный объект, чаще всего известны. Обычно необходимо определить внутренние силы (результат взаимодействия между отдельными частями данного тела) которые неизвестны по величине и направле...