Điện Tử Ứng Dụng

2010 ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM THS NGUYỄN VĂN HIỆP ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LỜI NÓI ĐẦU Ngày nói lãnh vực điện tử mang đến cho sản phẩm công nghệ cải thiện đáng kể đời sống vật chất tinh thần Các ứng dụng trở nên gần gũi nhƣ nhu cầu gần nhƣ thiếu sống đại Các sản phẩm tồn hoàn thiện phát triển cách nhanh chóng Thử tƣởng tƣợng ngày dƣng xung quanh ta khơng tivi, máy vi tính, máy điện thoại, nồi cơm điện, máy điều hòa hay máy quạt…thì sống trở nên “khó khăn” đến mức nào?! Tuy nhiên thiết bị thân thuộc, gần gũi nhƣ nhƣng hầu hết ngƣời sử dụng khơng biết bên gì, ngun lý hoạt động sao,…Đó điều dễ hiểu đâu phải ngƣời sử dụng có kiến thức, hiểu biết định lãnh vực điện tử Quyển sách không mang tham vọng đƣa đến cho ngƣời đọc kiến thức bách khoa, toàn diện, chuyên sâu tất thiết bị điện tử điều khơng thể! Quyển sách đƣợc thiết kế cho sinh viên hệ không chuyên (lãnh vực điện tử) nhƣ ngành Kỹ thuật công nghiệp, khí, cơng nghệ thơng tin , trang bị cho ngƣời đọc phần kiến thức bản, tảng đƣợc trình bày cho dễ đọc, dễ hiểu không trừu tƣợng Mặc dù nội dung khơng chun sâu nhƣng qua sách ngƣời đọc hiểu đƣợc linh kiện bản, ứng dụng phát triển Vì thời gian kiến thức hạn hẹp nên chắn sách nhiều sai sót, mong góp ý chân thành quý thầy cô, đồng nghiệp bạn sinh viên Liên hệ email: thewind030282@gmail.com Tác giả Ths Nguyễn Văn Hiệp CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng Các Linh Kiện Giao Tiếp Trong phần này, kiến thức đƣợc trình bày bản, khơng q chun sâu mặt lý thuyết nhƣng đem đến ngƣời đọc khái quát cần thiết vận dụng Sau chƣơng này, ngƣời đọc có khả năng: - Nhận dạng đƣợc sơ đồ mạch, mô tả hoạt động tính tốn ngõ khuếch đại đảo, khơng đảo, cộng (Op-amp) mạch khuếch đại transistor lƣỡng cực - Nhận dạng sơ đồ mạch tích phân, mạch vi phân dùng Op-amp vẽ dạng sóng ngõ tín hiệu ngõ vào khác đƣợc đƣa vào - Với tín hiệu vào cho trƣớc, vẽ kết ngõ mạch khuếch đại vòng hở, khuếch đại sai biệt so sánh dạng số - Mơ tả khả tạo dạng sóng đặc tính hoạt động mạch Schmitt trigger - Giải thích cách đóng ngắt transisstor thyristor bán dẫn, vẽ tín hiệu ngõ điều chế - Lắp ráp mạch đơn ổn dao động đa hài dùng mạch tích hợp 555 tính tốn để xác định ngõ Giải thích đƣợc nguyên lý hoạt động mạch CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BỘ KHUẾCH ĐẠI: Độ khuếch đại hàm điều khiển đƣợc sử dụng nhiều loại thiết bị công nghiệp Khuếch đại bao gồm việc chuyển đổi tín hiệu yếu trở thành tín hiệu cơng suất cao Ví dụ, ngõ điều khiển, chẳng hạn nhƣ vi xử lý máy tính, dùng để điều khiển van servo đòi hỏi tín hiệu điều khiển lớn để vận hành Bộ khuếch đại đƣợc thực vài thiết bị trạng thái rắn Một số khuếch đƣợc mô tả bao gồm transistor lƣỡng cực khuếch đại thuật toán 1.1 Transistor Transistor đƣợc cấu trúc xếp, lớp mỏng loại vật liệu bán dẫn nằm hai lớp loại vật liệu bán dẫn loại khác Ví dụ, transistor NPN hình 2-1(a) cấu tạo lớp vật liệu P (positive) nằm hai lớp vật liệu N (negative) Transistor PNP hình 2-1(b) có dạng ngƣợc lại Ba lớp đƣợc định nghĩa gồm emitter (E)(cực phát), base (B)(cực nền), collector (C)(cực thu) Hình 1-1(c) ký hiệu cấu trúc NPN PNP transistor Điểm khác định hƣớng mũi tên cực E Mũi tên cực E transistor NPN hƣớng từ B sang E, transistor PNP có hƣớng ngƣợc lại Transistor có hai mối nối PN nên đƣợc gọi transistor lƣỡng cực Một mối nối đƣợc cho base-emitter, mối nối lại base-collector Để điều khiển hoạt động, hai mối nối PN phải có chênh lệch điện áp DC Hình 1-1: Transistor lưỡng cực Hình 1-2, transistor NPN với mối nối B-E phân cực thuận mối nối B-C phân cực nghịch Dòng điện chạy qua mối nối B-E có hƣớng nhƣ phân cực thuận diode, từ cực âm sang cực dƣơng nguồn Tuy nhiên, vùng B mỏng có tạp chất có giới hạn số lƣợng lỗ trống Cho nên có số phần trăm tổng số electron cực E liên kết với lỗ trống chảy qua cực B Số electron lại khơng có chỗ để ngoại trừ xun qua mối nối B-C Chúng tiếp tục qua vùng C đến cực dƣơng nguồn Khi điện áp nguồn thay đổi dòng điện qua cực B thay đổi Độ lớn dòng điện cực B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt định điện trở E C Điện áp B cao dòng điện qua B nhiều tƣơng ứng với điện trở E-C thấp Transistor hoạt động giống nhƣ vòi nƣớc Hình 1-3 Cực E ngõ vào, C ngõ Cực B van điều khiển dòng điện chảy qua Dòng B-E điều khiển đƣờng dòng điện E C Một vài mili-ampe dòng B điều khiển vài trăm mili-ampe dòng điện C Hình 1-2: Sự phân cực transistor NPN Hình 1-3: Transistor hoạt động vòi nước CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Thay cho việc dùng nguồn pin để phân cực cho mối nối transistor, mạng điện trở nguồn DC (hình 2-4(a)) đƣợc sử dụng Điện trở R1 R2 mạch phân áp cung cấp điện áp cho cực B Điện trở RL mắc nối tiếp với trasistor dẫn điện Tín hiệu ngõ vào Vin cấp vào cực B Ngõ khuếch đại đƣợc xác định cực C mass, kết điện áp C biến thiên - Khi Vin dƣơng, thể thời gian T1 T2 dạng sóng Hình 1-4(b), dòng điện B tăng lên Dòng điện C tăng lên, độ sụt áp Ic.Rc tăng, làm cho điện áp cực C giảm xuống (vì Vout = Vcc – Ic.Rc) Tƣơng tự, điện áp ngõ vào giảm xuống, dòng điện B thấp, dòng điện C giảm Kết Ic.Rc giảm nên điện áp cực C tăng lên CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 1-4: Bộ khuếch đại Transistor NPN - Dạng sóng thể đảo pha 180 độ điện áp vào tín hiệu ngõ Dạng sóng khuếch đại từ điện áp biến đổi nhỏ ngõ vào làm cho điện áp biến đổi lớn ngõ Điện áp dƣơng cao cấp cho transistor NPN làm cho transistor dẫn mạnh Khi điện áp đạt mức ngƣỡng cao, transistor chế độ bão hòa khơng thể dẫn đƣợc dòng điện cao Khi điện áp gần 0V đƣợc đọc ngõ Giống nhƣ vậy, ngõ vào giảm điện áp, B-E khơng thể phân cực thuận dòng điện C khơng Điện trở E-C tăng đến vơ cực Chế độ gọi chế độ ngắt Transistor giảm điện áp cung cấp, giống nhƣ công tắc mở - Một transistor PNP hoạt động theo hƣớng ngƣợc lại Điện áp âm cấp vào ngõ vào B làm cho transistor dẫn mạnh điện áp dƣơng làm transistor dẫn yếu Tóm lại: Ở phần này, tác giả muốn nhắc lại nguyên tắc hoạt động transistor lƣỡng cực Những phần tính tốn mạch khuếch đại cụ thể khơng phải mục đích phần 1.2 Bộ khuếch đại thuật toán: Một khuếch đại linh hoạt khuếch đại thuật toán: operational amplifier (op-amp) Op-amp phổ biến uA741 đƣợc tích hợp sẵn IC chân Nó có đặc tính quan trọng Op-amp tạo khuếch đại lý tƣởng có: o Tổng trở ngõ vào cao o Hệ số khuếch đại điện áp cao o Tổng trở ngõ thấp Hình 1-5 thể ký hiệu chuẩn op-amp uA741 Đƣợc biểu diễn hình tam giác, op-amp có hai ngõ vào gắn cạnh bên trái ngõ gắn đỉnh hình tam CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt giác Thơng thƣờng, op-amp có hai chân cấp nguồn riêng biệt Một chân gắn cạnh tam giác, kết nối với nguồn dƣơng, chân lại nối với nguồn âm Hai nguồn cho phép điện áp ngõ dao động với hai điện áp âm dƣơng so với mass Hình 1-5: Ký hiệu chuẩn cưa OP-AMP Một ngõ vào có dấu trừ gọi ngõ vào đảo, tín hiệu DC hay AC cấp vào bị đảo pha 180 độ tín hiệu ngõ Ngõ vào lại có dấu cộng gọi ngõ vào không đảo; tín hiệu DC hay AC cấp vào pha với tín hiệu ngõ Khi linh kiện kết nối với ngõ vào ngõ ra, op-amp có khả làm việc với nhiều chức Cách kết nối linh kiện xác định chức làm việc op-amp 1.2.1 Bộ khuếch đại đảo: Đặc tính op-amp khuếch đại điện áp khoảng 200,000 lần Tuy nhiên, điện áp ngõ vƣợt 80 phần trăm điện áp nguồn cung cấp Ví dụ, điện áp tối đa ngõ op-amp hình 1-5 +5V -5V điện áp nguồn +6.26V 6.25V Cho nên, khuếch đại từ 25uV ngõ vào thành +5V hay -5V ngõ tùy thuộc vào chiều phân cực tín hiệu ngõ vào đầu cấp tín hiệu đƣa đến opamp Tuy nhiên, op-amp đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng yêu cầu độ khuếch đại điện áp nhỏ 200,000 Trong kỹ thuật gọi hồi tiếp (Feedback) đƣợc dùng để điều khiển độ khuếch đại thiết bị, đƣợc hình thành cách nối điện trở từ ngõ trở đến ngõ vào Mạch hồi tiếp âm đƣợc thể hình 1-6 Nó hoạt động nhƣ sau: o Cả hai ngõ vào có trở kháng cao; khơng cho phép dòng điện chạy vào CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 1-6: Khuếch đại đảo Áp dụng định luật K1 nút VG ta có : IIN = IF Mà VG = V+ = v nên ta có o Điện áp ngõ vào trừ gọi “0-volt virtual ground” (tạm dịch mass 0V ảo) (vì tác động giống nhƣ mass 0V) Ngõ vào cộng kết nối với mass 0V thực tế o Vì điểm VG 0V, có điện áp 2V rơi điện trở kilohm (Rin) dòng điện chạy qua 1mA o Dòng điện 1mA chạy vào bên op-amp, chạy qua điện trở hồi tiếp 10 kilohm (RF) tạo nên điện áp 10V đặt đầu RF o Vì Vout đƣợc đo so với mass ảo nên điện áp -10V - Độ lợi điện áp op-amp đƣợc xác định công thức: - Độ khuếch đại mạch khuếch đại đảo liệt kê hình 1-6, tín hiệu 2V đặt lên ngõ vào đƣợc đảo thành -10V ngõ Đặt điện áp âm ngõ vào khuếch đại tạo nên điện áp dƣơng ngõ Độ khuếch đại bị ảnh hƣởng tỉ số điện trở RF Rin RF lớn so với Rin độ khuếch đại lớn - Điện áp ngõ xác định công thức: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Bảng 1-1 cung cấp ví dụ khuếch đại đảo với độ khuếch đại 10 lần với nhiều giá trị điện áp ngõ vào Bảng 1-1 1.2.2 Bộ khuếch đại cộng: Khi hai hay nhiều ngõ vào đƣợc nối với đặt lên ngõ vào khuếch đại op-amp, khuếch đại cộng đƣợc hình thành Dạng khuếch đại cộng đại số tín hiệu DC AC Mạch điện hình 1-7 mạch khuếch đại cộng đảo Nó bao gồm điện trở hồi tiếp RF 20kΩ, ba điện trở 20kΩ mắc đồng thời nối chung với vào ngõ vào đảo op-amp, ba nguồn +2V, +1V, +3V cấp đến đầu lại điện trở Sự tính tốn sơ đồ thể cách xác định điện áp ngõ Dòng điện ngõ vào đƣợc tính tốn sau cộng lại thu đƣợc kết dòng điện chạy qua RF Tiếp đến điện áp ngõ đƣợc xác định phép nhân IRF với RF Hình 1-7: Bộ khuếch đại cộng đảo CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BAÛNG CÁC MODE VẬN HÀNH Mode Chức Cách dùng tiêu biểu Tương hợp M0 Gợi nhắc thông tin Hướng nhanh thông tin M4, M5,M6 phía trước M1 Xoá dấu EOM Đặt vò trí dấu EOM điểm M3,M4,M5,M6 cuối thông tin cuối M2 Không ứng dụng Đặt trước N/A M3 Lặp vòng Tiếp tục phát lại từ đòa M1, M5, M6 M4 Đòa liên tục Ghi/ Phát lại nhiều thông tin M0, M1, M5 liên tục M5 Kích hoạt Cho phép dừng thông tin M0, M1, M3, M4 mức CE M6 Điều khiển Push – Đơn giản cách giao tiếp với M0, M1, M3 Button IC * Mô tả mode vận hành: Các Mode vận hành sử dụng liên kết với vi điều khiển, chúng kiểm soát mạch điện tử để cung cấp hệ thống mong muốn  M0 – Message Cueing: Mode cho phép người dùng bỏ qua thông tin để đến thông tin khác mà không cần biết đòa vật lý thực thông tin Mỗi xung CE mức thấp nguyên nhân khiến trỏ đòa bên bỏ qua thông tin hành nhảy đến thông tin Mode sử dụng cho chế độ phát lại thường sử dụng kết hợp với mode  M1- Delete EOM Markers: Mode M1 cho phép ghi cách thông tin để kết hợp thành thông tin riêng lẻ với dấu kết EOM đặt vò trí cuối thông tin sau Khi Mode cấu thành thông tin ghi cách phát lại thông tin liên tục  M2- Unused Khi vận hành mode chọn chân nên nối xuống mức thấp  M3- Message Looping: 138 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mode cho phép tự động, tiếp tục lặp lại thông tin phát đòa bắt đầu không gian đòa Một thông tin hoàn toàn làm đầy ISD2560 lặp lại từ đầu đến cuối mà OVF không xuống mức thấp M4 – Consecutive Addressing: Trong suốt chế độ vận hành bình thường, trỏ đòa reset thông tin chơi xuyên qua dấu kết EOM Mode M4 ngăn cấm trỏ đòa reset gặp dấu kết EOM , cho phép thông tin phát lại liên tục M5 – CE - Level – Activated: Mode mặc đònh ISD2560 cho phép CE tác động cạnh phát lại tác động mức ghi Chế độ M5 làm cho chân CE hiểu tác động mức thay tác động cạnh suốt trình phát lại Đây hữu ích đặc biệt để kết thúc việc phát lại sử dụng tín hiệu CE Trong mode mức thấp chân CE bắt đầu cho chu kỳ phát lại, vò trí bắt đầu nhớ Chu kỳ phát lại tiếp tục miễn chân CE giữ mức thấp Khi CE lên mức cao việc phát lại dừng Khi mức thấp CE xuất hiện, khởi động lại thông tin từ đòa bắt đầu ( ngoại trừ M4 lúc mức cao ) M6 – Chế độ Push – Button Tất IC loạt ISD2500 chứa chế độ vận hành Push-Button Chế độ M6 chủ yếu sử dụng ứng dụng giá thấp thiết kế với mạch điện thành phần bên giảm đến mức tối thiểu làm giảm giá thành hệ thống Để cấu thành mode hai chân A8 A9 phải mức cao chân đặt chế độ M6 phải mức cao Một IC sử dụng mode luôn nguồn giảm vò trí cuối chu kỳ ghi/phát sau CE mức cao Khi mode vận hành ba chân IC có chức điều khiển miêu tả bảng sau: Tên chân Chức hành chế độ Push - Button CE Khởi động/Dừng Push-button(Tác động xung thấp) PD Dừng/Reset Push-button( Tác động xung mức cao ) EOM Ở mức cao đònh thiết bò ghi/phát Chân CE (Start/Stop): Trong mode vận hành Push-Button tín hiệu tác động xung LOW chân CE xem tín hiệu Start/Stop Nếu hệ thống hành xử lý, 139 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt xung mức thấp chân CE khởi động chu kỳ ghi phát lại tuỳ thuộc vào mức điện áp chân P/ R Một xung sau chân CE xuất hiện, trước gặp dấu kết EOM phát lại trước liệu bò tràn chế độ ghi, làm dừng vận hành, đếm đòa không bò reset Một xung CE làm cho thiết bò tiếp tục vận hành nơi mà dừng Chân PD ( Stop/ Reset ): Trong chế độ vận hành Push – Button, tín hiệu xung mức cao chân PD xem tín hiệu Stop/Reset Khi chu kỳ ghi phát lại xử lý, xung cao chân PD, chu kỳ hành dừng trỏ đòa reset 0, đòa bắt đầu khoảng không thông tin EOM (RUN): Trong chế độ vận hành Push-Button, tín hiệu EOM trở thành tín hiệu “tích cực chạy mức cao” sử dụng để thúc led thiết bò bên khác Chân mức cao hệ thống ghi phát lại xử lý  Ghi chế độ Push-Button: Chân PD mức thấp, thường sử dụng điện trở kéo xuống Chân P/ R mức thấp Chân CE xung mức thấp Bắt đầu ghi, EOM tự động lên mức cao đònh hệ thống vận hành xử lý Khi CE có xung mức thấp tiếp theo, việc ghi bò dừng, EOM tự động xuống mức thấp Con trỏ đòa bên không bò xoá, dấu EOM lưu trữ lại nhớ đònh thông tin kết thúc Chân P/ R lên mức cao thời gian xung CE làm cho hệ thống phát lại đòa Khi chân CE xung thấp Việc ghi lại tiếp tục đòa sau dấu EOM đặt phía trước Chân EOM lại quay trở lại mức cao Khi việc ghi hoàn thành, xung thấp CE cuối kết thúc chu kỳ ghi sau cùng, việc đặt dấu EOM thông tin kết thúc Việc ghi kết thúc việc đặt chân PD lên mức cao, nơi mà để lại dấu kết EOM  Phát lại chế độ Push-Button: Xung PD mức thấp Chân P/ R đặt mức cao Tác động xung thấp lên chân CE Quá trình phát lại bắt đầu, chân EOM tự động lên mức cao cho biết hệ thống xử lý 140 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nếu CE có xung mức thấp dấu EOM phát trình vận hành, phần bò dừng lại Con trỏ đòa bên không bò xóa EOM chuyển xuống mức thấp Chúng ta thay đổi trạng thái chân P/ R thời gian này, chu kỳ ghi sau không reset trỏ liệu việc ghi bắt đầu nơi phát vừa kết thúc Tác động xung thấp chân CE lần nữa, trình phát lại bắt đầu nơi mà vừa rời khỏi, EOM lại lên mức cao đònh hệ thống xử lý Việc phát lại tiếp tục bước bước PD tác động xung mức cao, cờ tràn phát Nếu bò tràn, việc kéo CE xuống mức thấp reset trỏ đòa bắt đầu phát lại từ đòa bắt đầu Sau tác động xung chân PD phần reset đòa GIỚI THIỆU HAI MẠCH ỨNG DỤNG ISD2560 6.1 Mạch ứng dụng điển hình ( Dùng cách truy cập đòa trực tiếp ) Hình 5.2: Sơ đồ mạch điện thu/phát tiếng nói dùng cách đònh đòa trực tiếp 141 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bước điều khiển Chức Tác động Đặt chip vào chế độ Ghi/Phát lại 1.PD=Low, P/ R = theo yêu cầu Đặt đòa cho việc ghi phát Đặt đòa chân A0A9 3A Bắt đầu phát lại P/ R =High, CE = Pulse Low 3B Bắt đầu ghi P/ R =Low, CE = Low 4A Kết thúc việc phát Tự động 4B Kết thúc việc ghi PD CE = High 6.2 Mạch thu phát tiếng nói sử dụng chế độ Push – Button : Hình 5.3 : Sơ đồ mạch điện thu/phát tiếng nói sử dụng chế độ Push-Button 142 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảng mô tả chức nút điều khiển: Bước điều khiển Chức Tác động Chọn chế độ ghi/phát Đặt mức điện áp P/ R theo yêu cầu 2A Bắt đầu việc phát lại P/ R = High, CE = xung mức thấp 2B Bắt đầu ghi P/ R =Low, CE = xung mức thấp Dừng việc ghi phát CE = xung mức thấp 4A Kết thúc việc phát lại Tự động EOM PD= xung mức cao 4B Kết thúc việc ghi PD = xung mức cao 143 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chƣơng Bộ nhớ Bán dẫn Thuật ngữ liên quan đến nhớ Để tìm hiểu cấu tạo, hoạt động nhớ bắt đầu với số thuật ngữ liên quan đến nhớ - Tế bào nhớ: linh kiện hay mạch điện tử dùng để lƣu trữ bit đơn (0 hay 1) Thí dụ tế bào nhớ bao gồm: mạch FF, tụ đƣợc tích điện, điểm băng từ hay đĩa từ - Từ nhớ : nhóm bit (tế bào) nhớ dùng biểu diễn lệnh hay liệu dƣới dạng số nhị phân Thí dụ ghi FF phần tử nhớ lƣu trữ từ bit Kích thƣớc từ nhớ máy tính đại có chiều dài từ đến 64 bit - Byte : từ bit, kích thƣớc thƣờng dùng từ nhớ máy vi tính - Dung lƣợng : số lƣợng bit lƣu trữ nhớ Thí dụ nhớ có khả lƣu trữ 4.096 từ nhớ 20 bit, dung lƣợng 4096 x 20, 1024 (=210) từ nhớ đƣợc gọi “1K”, nhƣ 4096 x 20 = 4K x 20 Với dung lƣợng lớn ta dùng “1M” hay 1meg để 220 = 1.048.576 từ nhớ - Địa : số nhị phân dùng xác định vị trí từ nhớ nhớ Mỗi từ nhớ đƣợc lƣu nhớ địa Địa luôn đƣợc biểu diễn số nhị phân, nhiên để thuận tiện ngƣời ta dùng số hex hay thập phân, bát phân - Tác vụ đọc : (Read, gọi fetch ), từ nhớ vị trí nhớ đƣợc truy xuất chuyển sang thiết bị khác - Tác vụ viết : (ghi, Write, gọi store ), từ đƣợc đặt vào vị trí nhớ, từ đƣợc viết vào từ cũ - Thời gian truy xuất (access time) : số đo tốc độ hoạt động nhớ, ký hiệu tACC Đó thời gian cần để hồn tất tác vụ đọc Chính xác thời gian từ nhớ nhận địa lúc liệu khả dụng ngã nhớ - Bộ nhớ không vĩnh cữu (volatile) : Bộ nhớ cần nguồn điện để lƣu trữ thông tin Khi ngắt điện, thông tin lƣu trữ bị Hầu hết nhớ bán dẫn loại không vĩnh cữu, nhớ từ loại vĩnh cữu (nonvolatile) 144 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (Random-Access Memory, RAM) : Khi cần truy xuất địa ta tới địa Vậy thời gian đọc hay viết liệu vào vị trí nhớ khác nhớ khơng tùy thuộc vào vị trí nhớ Nói cách khác, thời gian truy xuất nhƣ vị trí nhớ Hầu hết nhớ bán dẫn nhẫn từ (bộ nhớ máy tính trƣớc nhớ bán dẫn đời) loại truy xuất ngẫu nhiên - Bộ nhớ truy xuất (Sequential-Access Memory, SAM) : Khi cần truy xuất địa ta phải lƣớt qua địa trƣớc Nhƣ thời gian đọc viết liệu vị trí khác khác Những thí dụ nhớ băng từ, đĩa từ Tốc độ làm việc loại nhớ thƣờng chậm so với nhớ truy xuất ngẫu nhiên - Bộ nhớ đọc/viết (Read/Write Memory, RWM) : Bộ nhớ viết vào đọc - Bộ nhớ đọc (Read-Only Memory, ROM): nhớ mà tỉ lệ tác vụ đọc tác vụ ghi lớn Về mặt kỹ thuật, ROM đƣợc ghi lần nơi sản xuất sau thơng tin đƣợc đọc từ nhớ Có loại ROM đƣợc ghi nhiều lần nhƣng tác vụ ghi phức tạp tác vụ đọc ROM thuộc loại nhớ vĩnh cữu liệu đƣợc lƣu giữ cắt nguồn điện Giới thiệu loại nhớ SRAM hay DRAM, EEPROM hay flash? Bạn sử dụng loại nhớ cho ứng dụng mình? Có nhiều loại nhớ đáp ứng hệ thống máy tính đại Một kỹ sƣ phần mềm nhúng cần hiểu biết khác chúng làm để sử dụng hiệu loại nhớ Trong phần thảo luận này, xem xét loại nhớ phƣơng diện ngƣời phát triển phần mềm Hãy nhớ phát triển loại nhớ đẫ vài thậ niên phần cứng chúng có khác đáng kể Tên loại nhớ phản ánh tính chất lịch sử trình phát triển thƣờng tạo nên nhầm lẫn sâu xa tính chất Hình 6.1 phân biệt loại nhớ thảo luận nhƣ RAM, ROM, loại lai chúng Hình 6.1 Các loại nhớ thông thường hệ thống nhúng 145 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.1 Các loại RAM Họ RAM bao gồm hai thiết bị nhớ quan trọng : RAM tĩnh(SRAM) RAM động(DRAM) Sự khác giữa hai loại thời gian liệu đƣợc lƣu trữ SRAM di trì nội dung miễn nguồn điện đƣợc cấp cho chip nhớ Nếu nguồn bị tắt bị gián đoạn nội dung liệu bị mãi DRAM lại khac, thời ian liệu tồn cực ngắn khoảng ms nguồn cung cấp SRAM có tất tính nhớ RAM Khi so sánh điều với DRAM dƣờng nhƣ nhƣ Với phần cứng đơn giản kết nối thêm gọi điều khiển DRAM(DRAM controller) đƣợc sử dụng để làm DRAM giống nhƣ SRAM Nhiệm vụ điều khiển DRAM làm tƣơi (refresh) liệu chứa DRAM theo chu kỳ Bằng việc làm tƣơi liệu trƣớc mất, nội dung liệu DRAM đƣợc di trì miễn điện nguồn cung cấp Do DRAM hữu dụng nhƣ SRAM sau tất cả! Khi định chọn loại RAM để sử dụng, ngƣời thiết kế hệ thống nên xem xét thời gian truy cập giá Các thiết bị SRAM cho thời gian truy cập cực nhanh(xấp xỉ gấp lần so với DRAM) nhƣng giá thành mắc nhiều để sản xuất Nhìn chung, SRAM sử dụng nơi tốc độ truy cập quan trọng Khi sử dụng số lƣợng lớn DRAM cho giá thành giảm đáng kể Ở ta chia phân biệt hai loại RAM nguyên thủy, loại RAM phát triển nhiều, tốc độ đƣợc cải thiện giá thành ngày hạ 2.2 Các loại ROM Các loại nhớ họ ROM đƣợc phân biệt dựa vào phƣơng pháp ghi liệu lên chúng(đƣợc gọi lập trình) số lần chúng rewritten (viết lại) Một thuộc tính chung tất loại ROM liệu đƣợc di trì suốt thời gian nguồn cung cấp bị gián đoạn bị - Masked ROM Loại ROM nguyên thủy thiết bị chứa đƣợc liệu câu lệnh đƣợc lâp trình sẵn nhà máy Ngƣời ta gọi ROM ROM mặt nạ (masked ROM) Một yếu tố thuận lợi loại ROM giá thành thấp Nhƣng thật không may mắn giá thấp thật thấp số lƣợng lớn ROM nhƣ đƣợc sản xuất Hình 6.2 mơ hình MROM vng nơi chứa (hay khơng) linh kiện (diod, transistor BJT hay MOSFET) để tạo bit Mỗi ngã mạch giải mã địa gọi đƣờng từ đƣờng nối tế bào nhớ gọi đƣờng bit Khi đƣờng từ lên mức cao tế bào nhớ từ nhớ đƣợc chọn 146 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 6.2 Mơ hình MROM Nếu tế bào nhớ Diod BJT diện linh kiện tƣơng ứng với bit (lúc đƣờng từ lên cao, Transsisstor diod dẫn, dòng điện qua điện trở tạo điện cao hai đầu điện trở) vị trí nhớ trống tƣơng ứng với bit Đối với loại linh kiện MOSFET ngƣợc lại, nghĩa diện linh kiện tƣơng ứng với bit vị trí nhớ trống tƣơng ứng với bit (muốn có kết nhƣ loại BJT thêm ngã cổng đảo) - PROM: Một bƣớc phát triển ROM mặt nạ PROM (programmable ROM), đƣợc ngƣời sử dụng mua trạng thái chƣa đƣợc lập trình Nếu bạn nhìn vào nội dung PROM bạn thấy toàn trạng thái Việc ghi liệu lên PROM đƣợc thực thiết bị đặc biệt đƣợc gọi lập trình Bộ lập trình ghi liệu lần lƣợt từ liệu đến PROM cách nạp điện vào chân ngõ vào chip Một PROM lập trình theo cách Dữ liệu chứa sau lập trình khơng thay đổi Nếu mã liệu chứa PROM bắt buộc phải thay đổi, có nghĩa PROM phải bị bỏ Vì vậy, PROM đƣợc biết nhƣ thiết bị thể lập trình lần (OTP :one time programmable devices) Có cấu tạo giống MROM nhƣng vị trí nhớ có linh kiện nối với cầu chì Nhƣ xuất xƣởng ROM chứa loại bit (gọi ROM trắng), lúc sử dụng ngƣời lập trình thay đổi bit mong muốn cách phá vỡ cầu chì vị trí tƣơng ứng với bit Một cầu chì bị phá vỡ khơng thể nối lại đƣợc loại ROM cho phép lập trình lần để sử dụng, bị lỗi sửa chữa đƣợc (Hình 6.3) Ngƣời ta dùng diod mắc ngƣợc chiều nhau, mạch không dẫn điện, để tạo bit 0, lập trình diod bị phá hỏng tạo mạch nối tắt, diod lại dẫn điện cho bit 147 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 6.3 Cấu tạo PROM - EPROM Một EPROM (erasable and programmable ROM) đƣợc lập trình xác nhƣ PROM Tuy nhiên EPROM đƣợc xóa lập trình lại nhiều lần Để xóa EPROM, đơn giản bạn cần cho thiết bị tiếp xúc với nguồn tia cực tím mạnh (một “cửa sổ” IC cho phép ánh sáng tiếp cận với silicon bên trong) Khi làm việc này, có nghĩa bạn reset EPROM trạng thái khởi tạo-trạng thái chƣa đƣợc lập trình Mặc dù giá mắc PROM nhiều, nhƣng việc lập trình nhiều lần làm cho EPROM thật cần thiết cho trình kiểm tra phát triển phần mềm Một lần có mạng lƣới cột hàng Trong EPROM, tế bào điểm có hai transistor bán dẫn Hai transistor bán dẫn đƣợc phân cách lớp oxit mỏng Một hai transistor có cực cổng thả và transistor lại có cực cổng đƣợc điều khiển Liên kết cực cổng thả với hàng (wordline) thông qua cực điều khiển Khi liên kết đƣợc đặt ra, tế bào có giá trị Để thay đổi giá trị thành đòi hỏi trình thú vị gọi đƣờng hầm FowlerNordheim Đƣờng hầm đƣợc sử dụng để thay đổi vị trí điện tử cực thả Một điện áp nạp, thƣờng 10-13 volt, đƣợc đƣa đến cực cổng thả Điện áp nạp đƣợc đƣa từ cột (bitline), vào cực thả chảy xuống mass Điện áp nạp khiến transistor cực cổng thả hoạt động nhƣ súng điện tử Các Electron đƣợc đẩy qua bị mắc kẹt phía bên lớp oxit mỏng, cho điện tích âm Các electron tích điện âm hoạt động nhƣ rào cản cổng điều khiển cổng thả nổi Một EPROM trống có tất cổng hoàn toàn mở, nên tế bào có giá trị 148 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 6.4 Nguyên tắc hoạt động tế bào nhớ EPROM Để ghi lại EPROM, bạn phải xóa Để xóa EPROM, ngƣời ta chiếu tia U.V vào tế bào khoảng thời gian xác định để electron cổng nhận đủ lƣợng vƣợt qua lớp cách điện trở vùng tái hợp với lỗ trống xóa điện lộ P transistor trở trạng thái không dẫn ban đầu 2.3 Các thiết bị lai (Hydrids) Khi công nghệ nhớ trƣởng thành năm gần đây, ranh giới RAM ROM bị lu mờ Bây giờ, số loại nhớ kết hợp tính hai Các thiết bị không thuộc hai nhóm đƣợc gọi chung thiết bị nhớ lai Các loại nhớ lai đƣợc đọc ghi nhƣ mong muốn, giống nhƣ RAM, nhƣng nội dung chúng di trì mà không cần nguồn cung cấp, giống nhƣ ROM Hai số thiết bị lai, EEPROM flash, hệ sau thiết bị 149 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ROM Đây thƣờng đƣợc sử dụng để lƣu trữ mã Thiết bị lai thứ ba, NVRAM, phiên sửa đổi SRAM NVRAM thƣờng chứa liệu liên tục - EEPROM (Electrically erasable and programmable ROM) Là thiết bị nhớ đƣợc lập trình xóa điện Bên tƣơng tự EPROM nhƣng hoạt động xóa liệu đƣợc thực hồn tồn điện Bất kỳ byte EEPROM xóa viết lại EPROM khắc phục đƣợc nhƣợc điểm quan trọng EPROM, khơng cần phải xóa để ghi lại, thay cần thay đổi phần liệu khơng cần phải xóa hồn tồn chip, việc thay đổi nội dung không cần thiết bị chuyên dụng EEPROM thay đổi byte thời điểm, nên trở nên chậm số thiết bị yêu cầu tốc độ lƣu trữ liệu nhanh - FLASH ROM EPROM loại nonvolatile, có tốc độ truy xuất nhanh (khoảng 120ns), mật độ tích hợp cao, giá thành rẻ nhiên để xóa nạp lại phải dùng thiết bị đặc biệt lấy khỏi mạch EEPROM nonvolatile(khơng bay hơi), có tốc độ truy xuất nhanh, cho phép xóa nạp lại mạch byte nhƣng có mật độ tích hợp thấp giá thành cao EPROM Bộ nhớ FLASH ROM tận dụng đƣợc ƣu điểm hai loại ROM nói trên, nghĩa có tốc độ truy xuất nhanh, có mật độ tích hợp cao nhƣng giá thành thấp Hầu hết FLASH ROM sử dụng cách xóa đồng thời khối liệu nhƣng nhanh (hàng trăm ms so với 20 U.V EPROM) Những FLASH ROM hệ cho phép xóa sector (512 byte) chí vị trí nhớ mà không cần lấy IC khỏi mạch FLASH ROM có thời gian ghi khoảng 10μs/byte so với 100 μs EPROM ms EEPROM Giới thiệu số IC RAM, ROM thông dụng: 3.1 RAM 6264(RAM tĩnh): 3.1.1 Một số đặc tính quan trọng: - Thời gian truy cập 50,7 ns - Công nghệ CMOS tối ƣu nguồn, tốc độ - Dễ dàng mở rộng nhớ với chân - Ngõ vào ngõ tƣơng thích với chuẩn TTL - Tự động vào chế độ nguồn giảm không đƣợc chọn(giảm đến 70% công suất tiêu thụ) - Các chân I/O đƣợc giữ trạng thái tổng trở cao trừ : chip đƣợc chọn + chân ngõ đƣợc cho phép chân cho phép ghi (WE\ ) mức cao 150 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.1.2 Sơ đồ khối sơ đồ chân CY6264 3.3 Bảng thông số chính: 151 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4 Q trình đọc/ghi Ram 6264: Quá trình đọc Quá trình ghi 152 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... sánh: Điện áp ngõ vào đảo < điện áp ngõ vào không đảo = điện áp âm ngõ Điện áp ngõ vào đảo > điện áp ngõ vào không đảo = điện áp dƣơng ngõ Điện áp ngõ vào đảo = điện áp ngõ vào không đảo = điện. .. Khi điện áp nguồn thay đổi dòng điện qua cực B thay đổi Độ lớn dòng điện cực B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt định điện trở E C Điện áp B cao dòng điện qua B nhiều tƣơng ứng. .. Vì điểm VG 0V, có điện áp 2V rơi điện trở kilohm (Rin) dòng điện chạy qua 1mA o Dòng điện 1mA khơng thể chạy vào bên op-amp, chạy qua điện trở hồi tiếp 10 kilohm (RF) tạo nên điện áp 10V đặt đầu