Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 109544
Наименование:
Курсовик Разработка модуля статического ОЗУ информационной ёмкостью 64 Кбайта с организацией 32768 слов по 16 разрядов построенных на БИС КР537РУ17
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 02.11.2017.
Год: 2017.
Страниц: 32.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
СОДЕРЖАНИЕ Введение... ... ...3 Цели и задачи курсовой работы... ...6 1 Полупроводниковые запоминающие устройства... ..7 1.1 Основные характеристики и классификация ЗУ...7 1.2 Динамическая память... ...9 1.2.1 Асинхронные микросхемы DRAM... .10 1.2.2 Синхронные микросхемы DRAM... ...11 1.3 Статическая память... ...13 1.4 Энергонезависимая память... ...16 1.4.1 Виды энергонезависимой памяти... ...16 1.5 БИС типа КР537РУ17... ...18 2 Описание работы модуля счетчика... ...20 2.1 Описание принципиальной схемы модуля памяти...20 2.2 Расчет динамических параметров... ...22 2.3 Расчет потребляемой мощности... ...24 2.4 Расчет надежности модуля... ...26 2.5 Конструкция модуля... ...29 Заключение... ... ...30 Список использованных источников... ...31 Приложения: Отсутсвуют в файле
? ВВЕДЕНИЕ Схемотехника, научно-техническое направление, охватывающее проблемы проектирования и исследования схем электронных устройств радиотехники и связи, вычислительной техники, автоматики, используемых в интегральных микросхемах и радиоэлектронной аппаратуре, а так же и др. областей техники Интегральная микросхема (ИС) — микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования электрических сигналов, которое представляет собой совокупность электрических соединенных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготавливаемых в едином технологическом цикле на общей диэлектрической или полупроводниковой основе (подложке). Основной функцией интегральных микросхем является обработка (преобразование) информации, заданной в виде электрического сигнала: напряжения или тока. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) или дискретной (цифровой) форме. В настоящее время, в связи с созданием и широким внедрением в инженерную практику микропроцессорных устройств и систем, не ослабевает и вновь стимулируется интерес к цифровым методам обработки и передачи информации. Названные методы, в свою очередь, передают системам ряд положительных свойств и качеств, повышается достоверность передаваемой информации, достигается высокая скорость и производительность систем обработки информации, обеспечивается приемлимая их стоимость, высокая надежность, малое энергопотребление и т.д. Цифровое устройство - техническое устройство или приспособление, предназначенное для получения и обработки информации в цифровой форме, используя цифровые технологии. Физически цифровое устройство может быть выполнено на различной элементной базе: электромеханической (на электромагнитных реле), электронной (на диодах и транзисторах), микроэлектронной (на микросхемах), оптической. В последнее время, ввиду достижений микро- и наноэлектроники, широкое распространение получили цифровые устройства на микроэлектронной элементной базе. Цифровая электроника в настоящее время все более и более вытесняет традиционную аналоговую. Причем это относится как к бытовой технике, так и к профессиональной технике. Ставшие уже привычными персональные компьютеры также полностью реализованы на основе цифровой технологии. Так же большое внимание стоит уделить проектированию цифровых устройств – этот процесс является многоэтапным динамическим процессом. Целью автоматизации проектирования является то, чтобы автоматизировать все виды операций, сопровождающие процесс создания изделий и объединить их в автоматизированный управляемый процесс в соответствии с определенной технологией. Основные этапы разработки цифровых устройств: 1. Техническое задание. 2. Системное проектирование. 3. Разработка математических алгоритмов. 4. Далее что-то корректируется/дополн ется, прогоняются тесты ещё раз и так до тех пор, пока не будут выполнены требования ТЗ. 5. Реализация алгоритмов на FPGA. 6. Разработка электрической принципиальной схемы. 7. Трассировка печатной платы. 8. Разработка интерфейсно-сервисны функций FPGA. 9. Разработка программной части проекта. После того, как получена и спаяна печатная плата, создан проект для FPGA и разработано ПО, способное им управлять, начинается процесс тестирования и отладки. Нередко электронное устройство, разработанное чисто теоретически, на практике оказывается неработоспособным. Причинами этого могут являться не только ошибки в схеме, но и действие дестабилизирующих факторов (отклонения реальных значений параметров элементов от теоретических). ? ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Основной целью курсовой работы является углубление, расширение и закрепление знаний по дисциплине «Цифровая схемотехника». Выполнение курсовой работы по дисциплине «Цифровая схемотехника» ставит следующие задачи: - научиться работать с технической литературой; - разработать и описать модуль статического ОЗУ информационной емкостью 64 Кбайт с организацией 32768 слов по 16 разрядов, построенного на БИС КР537РУ17; - научиться оформлять техническую документацию в соответствии с требованиями государственного стандарта и других систем стандартизации; - приобрести практические навыки разработки маршрутного описания модуля; - произвести расчет следующих параметров модуля: 1. Напряжение питания В. 2. Входное напряжение низкого уровня UIL. 3. Входное напряжение высокого уровня UIH. 4. Выходное напряжение низкого уровня UOL. 5. Выходное напряжение высокого уровня UOH. 6. Потребляемая мощность модуля. 7. Средняя наработка на отказ. ? 1 Полупроводниковые запоминающие устройства Полупроводниковые ЗУ в настоящее время представляют собой большой класс запоминающих устройств, различных по своим функциональным и техническим характеристикам, широко используемых в качестве внутренних и внешних ЗУ ЭВМ. Различные сферы применения накладывают свои особенности на реализацию полупроводниковых ЗУ. 1.1 Основные характеристики и классификация ЗУ ЗУ предназначено для записи, хранения и выдачи информации в двоичном коде. ЗУ характеризуется информационной ёмкостью, быстродействием, организацией, типом, разрядностью. Информационная ёмкость ЗУ – максимально возможный объем хранимой информации. Информационная емкость выражается в Мбайтах, Гбайтах и Тбайтах. Быстродействие ЗУ или производительность оценивается временем считывания, записи и длительности циклов чтения/записи. Время считывания – это интервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ. Время записи – интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления запоминающей ячейки в состояние, задаваемое входным словом. Емкость ЗУ - это произведение числа хранимых слов на их разрядность. Количество линий ввода/вывода определяет разрядность шины ввода/вывода микросхемы. Количество бит информации, которое хранится в ячейках каждой матрицы, называется глубиной адресного пространства микросхемы памяти. На рисунке 1 изображена классификация полупроводниковых ЗУ
Рисунок 1 – Классификация полупроводниковых ЗУ ? 1.2 Динамическая память DRAM — тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом. Принцип действия чтения DRAM показан на рисунке 2.
Рисунок 2 – Принцип действия чтения DRAM для простого массива 4?4 DRAM широко используется в качестве оперативной памяти современных компьютерах, а также в качестве постоянного хранилища информации в системах, требовательных к задержкам. Физически DRAM-память представляет собой набор запоминающих ячеек, которые состоят из конденсаторов и транзисторов, расположенных внутри полупроводниковых микросхем памяти. Регенерация Память DRAM изготавливается на основе полевых транзисторов, ЗЭ в ней являются конденсаторы для каждого разряда, т.е. паразитная ёмкость между затвором и корпусом полевого транзистора, а т.к. конденсаторы не могут долго удерживать заряд, то они через промежутки времени, не более 2 мс, вся информация в ячейке перезаписывается. Этот процесс называется регенерацией памяти. Он реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или же на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка ячеек, и через 8-64 мс обновляются все строки памяти. Процесс регенерации памяти в классическом варианте существенно тормозит работу системы, поскольку в это время обмен данными с памятью невозможен. Существует несколько более экономичных вариантов этого процесса — расширенный, пакетный, распределённый; наиболее экономичной является скрытая (теневая) регенерация. 1.2.1 Асинхронные микросхемы DRAM FPM DRAM — страничная память Страничная память (англ. page mode DRAM, PM DRAM) являлась одной из первых типов памяти, на основе которой строилась оперативная память компьютера. Быстрая страничная память (англ. fast page mode DRAM, FPM DRAM) была популярна в первой половине 1990-х и занимала 80 % рынка компьютерной памяти в 1995 году. Данный тип памяти в основном применялся для компьютеров с процессорами Intel 80486 или аналогичных процессоров других фирм. Память могла работать на частотах 25 и 33 МГц с временем полного доступа 70 и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 и 35 нс соответственно. EDO DRAM — память с усовершенствованным выходом Эта память появилась на рынке в 1996 году и стала активно использоваться на компьютерах с процессорами Intel Pentium и выше. Её рабочая частота была 40 и 50 МГц, соответственно, время полного доступа — 60 и 50 нс, а время рабочего цикла — 25 и 20 нс. Эта память содержит регистр-защёлку выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении. Пакетная BEDO DRAM Пакетная память BEDO DRAM стала дешёвой альтернативой памяти типа SDRAM. Основанная на памяти EDO DRAM, её ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало её работу быстрее, чем у памяти типа SDRAM. 1.2.2 Синхронные микросхемы DRAM SDR SDRAM Новыми особенностями этого типа памяти являлись использование тактового генератора для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации. Для SDRAM указывается время считывания последующих ячеек. Цепочка — несколько последовательных ячеек. На считывание первой ячейки уходит довольно много времени (60-70 нс) независимо от типа памяти, а вот время чтения последующих сильно зависит от типа. Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66, 100 или 133 МГц, время полного доступа — 40 и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 и 7,5 нс. DDR SDRAM В памяти SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных была вдвое увеличена пропускная способность. У всех предыдущих DRAM были разделены линии адреса, данных и управления, которые накладывают ограничения на скорость работы устройств. Для преодоления этого ограничения в некоторых технологических решениях все сигналы стали выполняться на одной шине. Память DDR SDRAM работает на частотах в 100, 133, 166 и 200 МГц, её время полного доступа — 30 и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5, 3,75, 3 и 2,5 нс. DDR2 SDRAM Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах. Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. DDR3 SDRAM Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты — более 3000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками. DDR4 SDRAM Новый тип оперативной памяти, являющийся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR. Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания. Основное отличие DDR4 от предыдущего стандарта DDR3 заключается в удвоенном до 16 числе банков, что позволило увеличить скорость передачи. Пропускная способность памяти DDR4 в перспективе может достигать 25,6 ГБ/с. Кроме того, повышена надёжность работы за счёт введения механизма контроля чётности на шинах адреса и команд. Изначально стандарт DDR4 определял частоты от 1600 до 2400 МГц с перспективой роста до 3200 МГц.
1.3 Статическая память Статическая память с произвольным доступом (SRAM, static random access memory) — полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние без регенерации, необходимой в динамической памяти (DRAM). Тем не менее, сохранять данные без перезаписи SRAM может, только пока есть питание, то есть SRAM остается энергозависимым типом памяти.
Рисунок 3– Ячейка статической памяти (двоичный триггер) Типичная ячейка статической двоичной памяти (двоичный триггер) на КМОП-технологии состоит из двух перекрёстно (кольцом) включённых инверторов и ключевых транзисторов для обеспечения доступа к ячейке. Часто для увеличения плотности упаковки элементов на кристалле в качестве нагрузки применяют поликремниевые резисторы. Недостатком такого решения является рост статического энергопотребления. SRAM применяется в персональных компьютерах в качестве кеш–памяти. Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Максимальное количество кэшей — четыре. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать трёх. Кэш-память уровня N+1, как правило, больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N. Самой быстрой является кэш-пямять первого уровня — L1. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. В современных процессорах обычно L1 разделен на два кэша — кэш команд (инструкций) и кэш данных (Гарвардская архитектура). Большинство процессоров без L1 не могут функционировать. L1 работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт. Зачастую является возможным выполнять несколько операций чтения/записи одновременно. Вторым по быстродействию является кэш второго уровня — L2, который обычно, как и L1, расположен на одном кристалле с процессором. В ранних версиях процессоров L2 реализован в виде отдельного набора микросхем памяти на материнской плате. Объём L2 от 128 кбайт до 1?12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования. Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень большим — более 24 Мбайт. L3 медленнее предыдущих кэшей, но тем не менее значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах, кэш третьего уровня находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2. Существует четвёртый уровень кэша, применение которого оправдано только для многопроцессорных высокопроизводительн х серверов и мейнфреймов. Обычно он реализован отдельной микросхемой. В настоящее время появилась усовершенствованная схема с обратной связью, отключаемой сигналом записи, которая не требует транзисторов нагрузки и соответственно избавлена от высокого потребления энергии при записи. Преимущества: 1. Быстрый доступ SRAM 2. Простая схемотехника — SRAM не требуются сложные контроллеры. 3. Возможны очень низкие частоты синхронизации, вплоть до полной остановки синхроимпульсов. Недостатки: 1. Невысокая плотность записи (шесть-восемь элементов на бит, вместо двух у DRAM). 2. Вследствие чего — дороговизна килобайта памяти. 3. При реализации по КМОП-технологии энергия потребляется только в момент изменения информации в ячейке SRAM. При реализации по ТТЛ-технологии энергия потребляется непрерывно. Применение: SRAM применяется в персональных компьютерах в качестве кеш–памяти, в микроконтроллерах и ПЛИС, в которых объём ОЗУ невелик (единицы килобайт), но при этом существенным плюсом является низкое энергопотребление (за счёт отсутствия сложного контроллера динамической памяти), предсказываемое с точностью до такта время работы подпрограмм и отладка прямо на устройстве.
1.4 Энергонезависимая память Энергонезависимая память — любое устройство компьютерной памяти, или его часть, сохраняющее данные вне зависимости от подачи питающего напряжения. Условно энергонезависимой памятью можно считать энергозависимую память, имеющую внешнее питание, например от батареи или аккумулятора. Например, часы на системной плате персонального компьютера и небольшая память для хранения настроек BIOS питаются от компактной батарейки, закрепленной на плате. 1.4.1 Виды энергонезависимой памяти Один из видов энергонезависимой памяти именуется ROM (Read Only Memory, память только для чтения). В русскоязычной литературе такая память называется ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Данные в микросхему, которая именуется еще англоязычным термином «chip» (чип, кристалл), записываются при изготовлении. Изменить их потом нельзя. Еще одна разновидность энергонезависимой памяти – PROM (Programmable ROM). Эквивалентный русскоязычный термин – ППЗУ (Программируемое ПЗУ). В такой микросхеме в исходном состоянии во всех ячейках памяти записывается одинаковая информация (нули или единицы). С помощью специальной процедуры программирования в ячейки записывается нужная информация. Происходит это путем пережигания плавких перемычек. После записи изменить данные в ячейках невозможно. Возможность программирования предоставляет гибкость в производстве и использовании. Чтобы записать модифицированную информацию в микросхему, не надо перестраивать технологический процесс производства. Производитель электронной техники сам записывает нужную ему информацию. Но однократно программируемая память тоже не всегда хороша. Модифицировать «прошитую» в микросхему информацию нельзя, нужно менять микросхему. Это не всегда удобно и возможно. Поэтому появились многократно программируемые микросхемы в первых версиях, которых информация стиралась ультрафиолетовым излучением, для чего использовалась специальная лампа. Такую память стали называть EPROM. В таких микросхемах имелось окошечко, закрытое кварцевым стеклом, которое пропускало УФ излучение. В 1993году появилась МС EEPROM – это память с электрическим стиранием информации. Такая память изготавливается на основе FLOTOX транзисторов, т.е. на транзисторах имеющих плавающий затвор, с туннелированием в окиси. Главной отличительной особенностью памяти EEPROM явилось то, что этот тип программируемой памяти можно было перепрограммировать не вытаскивая системную плату вне режима решения задач, по специальной программе при помощи электрического тока. Стирание каждой ячейки, по байтно, выполняется автоматически при записи в неё новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. После появления Flash памяти, отличие от EEPROM составляло то, что стирание происходило во всех ячейках МС. или по блочно. Обычный размер блока 512 байт или 256 байт. Во Flash-памяти, чтобы изменить содержимое одного байта, сначала в буфер обмена считывается весь блок, где содержится байт, подлежащий изменению. Далее стирается содержимое блока, изменяется значение в буфере и после этого происходит запись. Это и микросхема BIOS в компьютере. Это и всем известные ныне «флэшки» (портативные накопители данных), твердотельные накопители SSD (Solid State Drive), альтернатива электромеханическим винчестерам, карты памяти, применяемые в фотоаппаратах и т.п. Отметим, что перезаписать информацию в таких накопителях можно ограниченное (хотя и большое) количество раз.
1.5 БИС типа КР537РУ17 Структурная схема БИС КР537РУ17 показана на рисунке 4.
Рисунок 4 – Структурная схема БИС КР537РУ17
БИС КР537РУ17 – ОЗУ с организацией 4Кх8. Разрядная схема предназначена для записи и считывания информации в накопитель. Накопитель выполнен, на КМОП – элементах памяти, формирователей адреса строк и столбцов. БИС КР537РУ17 требует источник оперативного питания 5В и имеет время доступа от 15 до 100 нс. Выпускается в корпусах CERDIP28, PDIP28, SOJ28. Напряжение питания +5В. Емкость адресного входа 8пФ. УГО приведено на рис.5, а назначения выводов таблице 1...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В процессе выполнения курсовой работы выполнен следующий объем работ: – разработан модуль статической памяти, удовлетворяющий требованию задания; – разработана схема электрическая принципиальная модуля статической памяти; – дано описание модуля статической памяти; – приобретены навыки работы с технической литературой; – приобретены навыки оформления технической документации в соответствии с требованиями государственных стандартов. – рассчитаны основные технические параметры модуля: 1. Напряжение питания, EСС, В 5±10% 2. Входное напряжение низкого уровня UIL, В, не более 0,8 3. Входное напряжение высокого уровня UIH, В, не менее 2,0 4. Выходное напряжение низкого уровня UOL, В, не более 0,4 5. Выходное напряжение высокого уровня UOH, В, не менее 2,5 6. Потребляемая мощность модуля, Вт, не более 4,3 7. Средняя наработка на отказ, ч, не менее 595238
? СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Основные источники: 1. Белоусов А.И. Основы схемотехники микроэлектронных устройств, учебное пособие, Москва: Издание "Техносфера", 2012. 2. Миловзоров, О. В., Панков И.Г. Электроника. – М.: Высшая школа, 2012г. 3. Новиков Ю.В. Введение в цифровую схемотехнику. Интернет – Университет информационных технологий (ИНТУИН), 2016г. 4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника, БХВ-Петербург, 3 изд. 2012г. 5. Титов В.С., Иванов В.И., Бобер В.М. Проектирование аналоговых и цифровых устройств, М.:НИЦ ИНФРАМ, 2014г. 6. Оверченков О.Е. Основы схемотехники аналого-цифровых устройств ДМК «Пресс», 2012г. 7. Бирюков С. А., Применение цифровых микросхем, - серии ТТЛ и КМОП, Москва, ДМК, 2012 г.
Электронные ресурсы: 1. Триггеры [Электронный ресурс]. Режим доступа: 2. Электронная библиотечная система [Электронный ресурс]. Режим доступа: 3. Счетчики [Электронный ресурс]. Режим доступа: 4. Триггер Шмитта [Электронный ресурс]. Режим доступа: 5. Динамическая память [Электронный ресурс]. Режим доступа wiki/Динамическая_пам ть 6. Статическая память [Электронный ресурс]. wiki/SRAM_(память)
* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.
