курсовой проект / кр556рт6-роман
.doc4.2. Микросхемы ППЗУ
Микросхемы программируемых ПЗУ по принципу построения и функционирования аналогичны масочным ПЗУ, но имеют существенное отличие в том, что допускают программирование на месте своего применения пользователем. Операция программирования заключается в разрушении (пережигании) части плавких перемычек на поверхности кристалла импульсами тока амплитудой 30 ... 50 мА. Технические средства для выполнения этой операции достаточно просты и могут быть построены самим пользователем. Это обстоятельство в сочетании с низкой стоимостью и доступностью микросхем ППЗУ обусловило их широкое распространение в радиолюбительской практике.
Выпускаемые отечественной промышленностью микросхемы ППЗУ (табл. 4.2, рис. 4.4) в большинстве своем изготовлены по ТТЛШ-технологии, и среди них преобладающее положение занимает серия К556. Функциональный состав серии включает микросхемы емкостью до 64К бит со словарной 4- и 8-разрядной организацией с временем выборки 45 ... 85 не и уровнем потребляемой мощности от 0,6 до 1 Вт.
Небольшая часть микросхем ППЗУ выполнена по другим технологиям: ПИЛ (К541), /г-МДП (К565), ЭСЛ (К500, К1500), КМДП (К1623). Микросхемы серии К1623 отличаются самым низким уровнем энергопотребления, но по быстродействию они существенно уступают микросхемам К556 серии.
Для микросхем ППЗУ всех серий, кроме К500, К1500, К565, Характерны такие свойства, как единое напряжение питания 5 В, Наличие входных и выходных ТТЛ-уровней напряжения логического 0 (0,4 В) и логической 1 (2,4 В) и, следовательно, полная Совместимость микросхем, однотипные выходы: либо с тремй состояниями, либо с открытым коллектором. Микросхемы с выхо-
Таблица 4.2. Микросхемы ППЗУ
дами ТТЛ-ОК требуют подключения к ним внешних резисторов и источника напряжения питания.
Типичный вариант реализации микросхемы ППЗУ представлен на рис. 4.5. Для конкретности рассмотрения взята структура микросхемы К556РТ4. Во всех основных элементах она повторяет структуру ПЗУМ (см. рис. 4.1), но имеет дополнительные устройства Fi—F4 для-формирования тока программирования.
Матрица до программирования, т. е. в исходном состоянии, содержит однородный массив проводящих перемычек, соединяющих строки и столбцы во всех точках их пересечений. Перемычки устанавливают из нихрома (у микросхем серии К556 и др.), из поликристаллического кремния (К541), из силицида платины (К1608) и других материалов. Перемычка в матрице выполняет роль ЭП. Наличие перемычки кодируют логической 1, если усилитель считывания является повторителем, и логическим О, если усилитель считывания — инвертор, как на рис. 4.4. Следовательно, микросхема ППЗУ в исходном состоянии перед программированием в зависимости от характеристики выходного усилителя может иметь заполнение матрицы либо логическим О, либо логической 1. Информация о принадлежности микросхем ППЗУ к той или другой группе по данному признаку при-
Рис 4.4 Микросхемы ППЗУ
ведена в табл. 4.2. Если такой информации нет, ее необходимо получить с помощью начального контроля микросхемы: устанавливая разрешающие значения управляющих сигналов (в схеме на рис. 4.4 CS1 = CS2 = 0), следует перебрать адреса, контролируя при этом состояние выходов.
Программирование микросхемы, матрица которой в исходном состоянии заполнена 0, заключается в пережигании перемычек в тех ЭП, где должны храниться 1. Если матрица в исходном состоянии заполнена 1, то пережигают перемычки в ЭП, где должны храниться 0.
Работа запрограммированной микросхемы ППЗУ в режиме считывания ничем не отличается от работы микросхемы ПЗУМ, рассмотренных в § 4.1. У некоторых микросхем, в частности КР556РТ5, КР556РТ17, имеется вывод для напряжения программирования UPR (рис. 4.5, в). В режиме считывания этот вывод не задействуют.
Разновидностью ППЗУ являются программируемые выжиганием плавких перемычек логические матрицы (ПЛМ), выполненные по ТТЛШ-технологии, К556РТ1 и К556РТ2, имеющие идентичные характеристики и конструктивные параметры, но отличающиеся типом выхода: у первой из микросхем выход с открытым коллектором, у второй — на три состояния (рис. 4.5, а). Названные микросхемы ПЛМ имеют 16 входов А)5—Ао для переменных, над которыми ПЛМ выполняет запрограммированные операции, вход CS с нулевым разрешающим уровнем, вход PR разрешения записи, т е. программирования, и восемь выходов.
Рис. 4 5. Устройство микросхемы ППЗУ
Рис. 4.6. Структура микросхемы ПЛМ
Структура микросхемы (рис. 4.6) включает операционную часть из матрицы И, матрицы ИЛИ, входных и выходных усилителей и программирующую часть из адресных формирователей FA1, FA2 и дешифратора DCPR.
Основу ПЛМ (рис. 4.7) составляют матрицы И и ИЛИ. Матрица И выполняет операции конъюнкции над 16 входными переменными и их инверсными значениями, которые поступают на строчные шины матрицы. Требуемые логические произведения
i
Рис 4 7 Функциональная схема ПЛМ
формируют на шинах столбцов путем выжигания ненужных перемычек между строками и столбцами (на рис. 4.7 оставленные перемычки указаны точками). Число столбцов 48, следовательно, на выходе матрицы И можно получить до 48 логических произведений, в каждое из которых может входить до 16 переменных и их инверсий. Матрица ИЛИ выполняет операцию дизъюнкции над логическими произведениями, сформированными матрицей И. Число выходов этой матрицы 8, поэтому она способна сформировать до восьми логических сумм, в каждую из которых может входить до 48 логических произведений. Таким образом, возможности ПЛМ характеризуются числом .точек коммутации, равным в данном примере 1920. Программирование матрицы ИЛИ выполняется так же, как и матрицы И, путем выжигания «ненужных» перемычек. На выходах матрицы ИЛИ размещены программируемые усилители, которые в зависимости от состояния перемычки могут передавать значение выходной функции в прямой или инверсной форме представления.
Для программирования служат встроенные в микросхему узлы программирующей части, которые возбуждает разрешающий сигнал PR. Программирование осуществляют способом, аналогичным программированию ППЗУ, в три этапа: вначале программируют матрицу И, затем матрицу ИЛИ и выходные инверторы [49].
Широко применяют ПЛМ, программируемые по способу заказного фотошаблона на заводе-изготовителе. Такие ПЛМ являются разновидностью масочных ПЗУ. Они включены, в частности, в состав многих микропроцессорных комплектов в качестве ПЗУ микрокоманд. На основе ПЛМ можно строить самые различные цифровые устройства как комбинационного, так и после-довательностного типов.
Как отмечалось ранее, микросхемы ППЗУ потребляют большую мощность от источника питания. Поэтому представляется целесообразным использовать их свойство работать в режиме импульсного питания, когда питание на микросхему подают только при обращении к ней для считывания информации. Особенности применения микросхем ППЗУ в этом режиме состоят в следующем: во-первых, на управляющие входы должны быть поданы уровни, разрешающие доступ к микросхеме: если необходим 0, то данный вывод соединяют с общим выводом, если 1, то с шиной исс через резистор с сопротивлением 1 кОм; в этом случае функции сигнала выбора микросхемы выполняет импульс напряжения питания Ucc; во-вторых, для обеспечения1 режима импульсного питания применяют транзисторные ключи, на переходах которых падает часть напряжений, поэтому напряжение, подаваемое к внешним ключам, должно быть выбрано с учетом требования иметь на выводе питания микросхемы номинальное напряжение 5 В; в-третьих, из-за инерционности про-
цессов коммутации цепи питания время выборки адреса микросхемы увеличивается в 2—3 раза.
При использовании импульсного режима питания среднее значение потребляемого тока и, следовательно, уровень потребляемой мощности существенно уменьшаются. Пример реализации режима импульсного питания микросхем ППЗУ рассмотрен в гл. 5.