Створення мікропроцесорної системи обробки інформації (стр. 3 из 5)

Рис.5 - Схема підключення процесорного блоку

2.2 Розробка блоку пам’яті (ОЗП і ПЗП)

Ісходні дані:

Кількість комірок зовнішнього ОЗП N_ОЗУ - 2К×8

Вхідні струми:

при логічному 0, I_IL - 1,6 мА

при логічній 1, I_IH - 0,1 мА

Вхідна ємкість логічних схем навантаження, С_I - 5 пФ

Монтажні ємкості усіх ланцюгів (С_м = 20 пФ).

Згідно завдання кількість комірок ОЗП складає N_ОЗУ.

Розрядність ОЗП n_ОЗУ повинна відповідати розрядності обробки даних ЦП.

Інформаційна ємкість С_ОЗУ визначається по формулі:

У якості мікросхеми ОЗП виберемо К537РУ10.

Необхідна швидкодія ОЗП визначається по тимчасовим діаграмам ЦП. Для МК ATmega128 тривалість циклу запису (зчитування) t_С равно 2Т_МТ, де Т_МТ - тривалість машинного такту.

При частоті кварцевого резонатора f_тг = 9 МГц тривалість t_С дорівнює:

Тривалість циклу мікросхеми пам’яті t_cy повинна задовольняти нерівності:

Мікросхему ОЗП виберемо К537РУ10, тому що вона ідеально підходить і не створює збитковості для даного випадку. Для цієї мікросхеми пам’яті ємкість 2К, а розрядність слова 8 біт:

Розрахуємо число ВІС ОЗП в ряду матриці:

де n_БИС - розрядність обраної мікросхеми пам’яті.

Визначимо число розрядів стовбців матриці:

де N_БИС - кількість комірок обраної мікросхеми пам’яті.

Загальна кількість ВІС ОЗП дорівнює:

Таким чином, кількість корпусів ОЗП дорівнює 1.

Визначимо струмове I_DL и I_DH і ємкістне С_D навантаження для схем вводу інформації в ОЗП по формулам:

I_DL = m_c* I_IDL = 1 * 1,6 = 1,6 мА

I_DH = m_c* I_IDH = 1 * 0,1 = 0,1 мА

C_D = m_c* C_ID + C_m = 1 * 5 + 20 = 25 пФ

де I_IDL, I_IDH - вхідні струми логічного 0 і логічної 1 по інформаційним ланцюгам обраної ВІС ОЗП.

C_ID - вхідна ємкість по інформаційному входу ВІС ОЗП.

Визначимо стум навантаження і ємкістне навантаження для схем вводу адреси по ланцюгам адресу ВІС ОЗП по формулам:

I_AL = m * I_IAL = 1 * 1,6 = 1,6 мА

I_AH = m * I_IAH = 1 * 0,1 = 0,1 мА

C_A = m * C_IA + C_m = 1 * 5 + 20 = 25 пФ

де I_IАL, I_IAH - вхідні токи логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам адресу обраної ВІС ОЗП.

C_IА - вхідна ємкість по входу адресу ВІС ОЗП.

Визначимо струми навантаження I_CSL, I_CSH і величину ємкісного навантаження С_CS по ланцюгам вибору мікросхем (CS) по формулам:

I_CSL = m_p* I_ICSL = 1 * 1,6 = 1,6 мА

I_CSH = m_p* I_ICSH = 1 * 0,1 = 0,1 мА

C_CS = m_p* C_ICS + C_m = 1 * 5 + 20 = 25 пФ

де I_ICSL, I_ICSH - вхідні струми логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам вибору (CS) ВІС ОЗП.

C_СS - вхідна ємкість по ланцюгам вибору мікросхем (CS) ВІС ОЗП.

Значення I_CSL, I_CSH и C_CS не повинні перевищувати максимально допустимі значення для обраних мікросхем, що забезпечують вибір ВІС ОЗП.

Рис.6 Умовно графічне позначення ОЗП К537РУ10

Найменування виводів:

A0 ÷ A10 - адресні входи.

W/R - запис/зчитування.

CS1 - chip select, чіп вибору.

CEO - виход дозволу.

D0 ÷ D7 - шина даних вводу/виводу.

ОЗП представляє собою статичний асинхронний оперативно запом’ятовуючий пристрій.

Режими роботи ОЗП:

CS	OE	WR	A0. .10	D0. .7	Режим
M	X	X	Адрес	Дані	Зберігання
L	X	L			Запись
L	L	H			Зчитування
L	H	H			Заборона виходу

Технологічні та електричні характеристики К537РУ10:

Технологія - КМОП

Організація - 2К×8

Час виборки, ns - не більш 220

Напруга живлення, V - 5

Струм живлення, мА

у режимі звернення - 30

у режимі зберігання - 1-2

Вхідна напруга, V

при логічному 0 - min 0 - max 0,4

при логічній 1 - min 0,9Ucc - max 0,5

Вихідна напруга, V

при логічному 0 - min 0 - max 0,4

при логічній 1 - min 2,4 - max 0,4

Вихід - 3 с.

Діапазон робочих температур, ºС - - 10 - +70

Розрахуємо ПЗП:

Оскільки по завданню необхідно створити ПЗП емкість 5К

8, то було прийнято рішення використати дві схеми емкістю 2К

8 та одну 1К

Початкові дані для мікросхеми КР556РТ20 1К

Кількість комірок зовнішнього ПЗП N_ОЗУ - 1К×8

Вхідні струми:

при логічному 0, I_IL - 0,25 мА

при логічній 1, I_IH - 0,04 мА

Вхідна ємкість логічних схем навантаження, С_I - 5 пФ

Монтажні ємкості усіх ланцюгов (С_м = 20 пФ).

Згідно завдання кількість комірок ПЗП складає N_ОЗУ.

Розрядність ПЗП n_ОЗУ повинна відповідати розрядності обробки даних ЦП.

Інформаційна ємкість С_ОЗУ визначається по формулі:

Необхідна швидкодія ПЗП визначається по тимчасовим діаграмам ЦП. Для МК ATmega128 тривалість циклу запису (зчитування) t_С равно 2Т_МТ, де Т_МТ - тривалість машинного такту.

При частоті кварцевого резонатора f_тг = 9 МГц тривалість t_С дорівнює:

Тривалість циклу мікросхеми пам’яті t_cy повинна задовольняти нерівності:

У якості мікросхеми ПЗП виберемо КР556РТ20, тому що вона ідеально підходить і не створює збитковості для даного випадку. Для даної мікросхеми пам’яті ємкість 1К, а розрядність слова 8 біт:

Розрахуємо число ВІС ПЗП в ряду матриці:

де n_БИС - розрядність обраної мікросхеми пам’яті.

Визначимо число розрядів стовбців матриці:

де N_БИС - кількість комірок обраної мікросхеми пам’яті.

Загальна кількість ВІС ПЗП дорівнює:

Таким чином, кількість корпусів ПЗП дорівнює 1.

Визначимо стум навантаження і ємкістне навантаження для схем вводу адреси по ланцюгам адресу ВІС ПЗП по формулам:

I_AL = m * I_IAL = 1 * 0,25 = 0,25 мА

I_AH = m * I_IAH = 1 * 0,04 = 0,04 мА

C_A = m * C_IA + C_m = 1 * 5 + 20 = 25 пФ

де I_IАL, I_IAH - вхідні токи логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам адресу обраної ВІС ПЗП. C_IА - вхідна ємкість по входу адресу ВІС ПЗП.

I_CSL = m_p* I_ICSL = 1 * 0,25 = 0,25 мА

I_CSH = m_p* I_ICSH = 1 * 0,04 = 0,04 мА

C_CS = m_p* C_ICS + C_m = 1 * 5 + 20 = 25 пФ

де I_ICSL, I_ICSH - вхідні струми логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам вибору (CS) ВІС ПЗП.

C_СS - вхідна ємкість по ланцюгам вибору мікросхем (CS) ВІС ПЗП.

Враховуючи, що на відміну від ОЗП інформація з ПЗП тільки зчитується, то необхідно визначити струми навантаження і ємкість навантаження на інформаційні виходи ВІС ПЗП по формулам:

I_QL = m_Р* I_IL = 1 * 0,25 = 0,25 мА

I_QH = m_Р* I_IH = 1 * 0,04 = 0,04 мА

C_Q = m_C* C_QO + m_Р*C_I + C_m = 1 * 5 + 1 * 5 + 20 = 30 пФ

де I_QL, I_QH - вхідні струми логічного 0 і логічної 1 мікросхем навантаження ВІС ПЗП, C_QO - вихідна ємкість одного інформаційного виходу ВІС ПЗП, C_I - вхідна ємкість мікросхем навантаження ВІС ПЗП.

Отримані значення струмів не повинні перевищувати граничні значення для обраних мікросхем пам’яті.

Рис.7 Умовно графічне позначення ПЗП КР556РТ20

Найменування виводів:

A0 ÷ A9 - адресні входи.

D0 ÷ D7 - шина даних вводу/виводу.

CECS, CECS1 - вибір мікросхеми

Технологічні та електричні характеристики КР556РТ20:

Технологія - ТТЛШ

Організація - 1К×8

Час виборки, ns - не більш 65

Напруга живлення, V - 5

Струм живлення, мА - 180 мА

Вхідна напруга, V

при логічному 0 - min 2,4 - max 0,5

при логічній 1 - min 2,4 - max 0,5

Вихідна напруга, V

при логічному 0 - min 2,4 - max 0,5

при логічній 1 - min 2,4 - max 0,5