Додатковий матеріал для поглибленого вивчення теми «Елементи цифрових систем керування електроприводами» д.3 Запам’ятовуючі пристрої

Запам’ятовуючими називаються пристрої для запису, зберігання й передачі інформації. Інформація, звичайно, зберігається й передається у вигляді групи фіксованої кількості одиниць або нулів (біт). Така група називається словом. Для запам’ятовування кожного слова в ЗП відводиться окрема комірка, яка має свою адресу. Передача інформації до ЗП називається записом у пам’ять. Передача інформації із ЗП називається зчитуванням з пам’яті. При зчитуванні інформація, як правило, не руйнується (зберігається).

ЗП, які забезпечують можливість багаторазово записувати та зчитувати інформацію, називаються оперативними запам’ятовуючими пристроями (ОЗП). Вони зберігають інформацію тільки при наявності напруги живлення. ЗП, призначені для зберігання незмінної один раз записаної інформації, називаються постійними запам’ятовуючими пристроями (ПЗП).

Умовне позначення одного з можливих ЗП показано на рис. Д.3.1. На основному полі умовного позначення ЗП записуються: - ОЗП з довільним доступом; - ПЗП; - ПЗП з можливістю одноразового програмування; - ПЗП з можливістю багаторазового програмування. Особливості цих ЗП будуть розглянуті далі.

ЗП має адресні входи . Набір сигналів на цих входах визначає адресу комірки, до якої звертаються для зчитування або запису даних. Кількість адрес ЗП дорівнює 2ⁿ, де n - кількість адресних входів.

Сигнал на вході визначає режим роботи: 1 - запис, 0 - зчитування. В режимі зчитування на виходах даних з’являється комбінація сигналів, записаних до комірки пам’яті, яка має адресу, визначену комбінацією сигналів на адресних входах. В режимі запису на входи даних подається комбінація сигналів, яку треба записати в комірку з вибраною адресою. Отже, лінії даних повинні бути двонаправленими, тобто передавати сигнали як до ЗП, так і від ЗП.

На вхід СЗ подається сигнал, який дозволяє виконання операції зчитування/запис.

Одна з найважливіших характеристик ЗП - об’єм пам’яті, який вимірюється бітами або байтами. 1 байт дорівнює 8 біт. 2¹⁰ байт складають 1 кілобайт (1К). ЗП, умовне позначення якого показано на рис. Д.3.1, має обсяг пам’яті 256 х 4 = 1024 біт, тому що за 2⁸ адресами можуть бути записані чотирирозрядні слова. Якщо, наприклад, ЗП має 12 адресних входів і 8 виходів даних, то обсяг пам’яті становить 2¹² байт або 4К.

Рис. Д.3.1

Одну з можливих логічних схем ОЗП показано на рис. Д.3.2,а. Вона складається з дешифратора адреси і елементів пам’яті (ЕП). Чотири елементи пам’яті, розміщені в одному рядку, створюють комірку пам’яті. Дешифратор адреси має 2ⁿ вихідних ліній (у розглядуваному випадку 256). Він призначений для вибору комірки пам’яті. Залежно від комбінації сигналів, поданих на входи дешифратора адреси, на одній з його вихідних ліній сигнал дорівнює 1, на всіх інших - 0. Сигнал 1 дозволяє виконати операцію запис/зчитування одночасно для всіх елементів пам’яті.

Схему елемента пам’яті показано на рис. Д.3.2,б. При виборі адреси даного елемента сигнал на вході "Адреса" дорівнює 1. В режимі запису на вході "Запис/зчитування" сигнал також дорівнює 1. Тому на двох входах елементів D2 i D3 сигнали дорівнюють 1 і сигнал на виході елемента D2 збігається з сигналом на вході "Дані", а на виході елемента D3 - з інверсією цього сигналу. Таким чином, при запису сигналу 1 на вхід S тригера надходить сигнал 1, на вхід R - сигнал 0, а при запису сигналу 0 на вхід S надходить сигнал 0, на вхід R - сигнал 1. Тригер D4 набуває стану, який визначається сигналом на вході "Дані". В режимі зчитування сигнал на вході "Запис/зчитування" дорівнює 0, елементи D2 i D3 закриті (їх вихідні сигнали дорівнюють 0), а елемент D5 відкритий, тому на його виході буде сигнал, який збігається з сигналом на прямому виході тригера D4.

Недоліком даного ОЗП є великий розмір дешифратора адреси. Наприклад, при дешифратор повинен мати 2¹² = 4096 виходів. Схему можна спростити, якщо застосувати так зване двомірне. адресування, при якому замість одного дешифратора з n входами використовуються два дешифратори з n/2 входами. При n=12 кількість виходів кожного дешифратора становить .

Рис. Д.3.2

Розглянутий ОЗП являє собою схему з довільним доступом, тому що мається можливість зчитувати дані, записані за будь-якою адресою. Розроблено також ОЗП з послідовним доступом, в яких зчитування або запис інформації можна вести тільки в певному порядку.

ПЗП забезпечують тільки зчитування записаної в них постійної інформації, тому вони простіші, ніж ОЗП. Кожний ПЗП має можливості, які дозволяють тими чи іншими засобами наповнювати його інформацією. Процес занесення інформації в ПЗП називається програмуванням. За способами програмування розрізняють такі види ПЗП: 1) програмовані в процесі виготовлення; 2) одноразово програмовані при використанні (у замовника); 3) програмовані при використанні з можливістю стирання і запису нової програми.

Схему ПЗП, програмованого при використанні, показано на рис. Д.3.3. Вона складається з дешифратора адреси, який має 2ⁿ адресних горизонтальних шин, і вертикальних шин даних. Адресні шини й шини даних з’єднані між собою вентилями, послідовно з якими ввімкнені плавкі перемички з ніхрому.

ПЗП може перебувати в одному з двох режимів: програмування й зчитування. Режим визначається значенням живильної напруги . В режимі зчитування має номінальне значення (наприклад, 5 В). У режимі програмування збільшується до 10 В.

При подачі сигналів на адресні входи залежно від вибраної адреси на одній з адресних шин встановлюється сигнал 0, на інших - 1. Якщо плавка перемичка ш перетині шини даних і вибраної адресної шини ціла, то в режимі зчитування сигнал ш відповідній шині даних дорівнюватиме 0 (лінія замкнена на "землю" через відкритий діод і вихід дешифратора адреси). Якщо ж перемичку перепалено, то на лінії даних буде сигнал 1 (через резистор від джерела живлення). Наприклад, якщо в рядку з адресою 1 перегоріли перемички 1 і 3, то при виборі цієї адреси на шинах даних будуть сигнали: D0=1, D1=0, D2=1, D3=0.

У режимі програмування рівень логічної 1 на адресних шинах піднімається до 10 В. Щоб перепалити перемичку, задається погрібна адреса, а потім від джерела струму на потрібну шину вихідних даних подається струм, достатній для перегоряння перемички. Струм буде протікати через плавку перемичку і діод у вибрану адресну шину, яка має нульовий потенціал. Перемичка перегоряє. Після цього процес повторюється для інших перемичок з такою самою адресою, а потім 1 для інших адрес. Для програмування ПЗП використовуються спеціальні пристрої - програматори.

Рис. Д.3.3

Розглянуті ПЗП (з перегорянням) найбільш прості і дешеві. Більш перспективними (хоч і більш дорогими) є ЗП з електричним записом інформації і стиранням ультрафіолетовими променями. Це так звані перепрограмовані ЗП (ППЗП).

ПЗП, програмовані при виготовленні, за принципом роботи аналогічні ПЗП з перегорянням, тільки зв’язки між адресними шинами і шинами даних утворюються в процесі виготовлення. Ці ПЗП програмуються для виконання різних комбінаційних логічних функцій, наприклад, перетворення кодів і ін.