Справочное пособие по цифровой электронике - Майк Тули

а) пусть система поработает некоторое время, затем поочередно коснитесь пальцем каждой микросхемы. Если какая-то микросхема слишком горячая, то вполне возможно, что неисправность произошла именно в ней (температуру можно сравнить, касаясь аналогичной микросхемы на этой же или другой печатной плате);

б) когда микросхемы вставлены в гнезда, поочередно вынимайте и заменяйте каждую из них (не забывая, конечно, выключать питание). Замену следует производить на заведомо работоспособную микросхему.

Данные в сложной микропроцессорной системе непрерывно изменяются с очень высокой скоростью (быстродействие многих современных микропроцессоров составляет более 1 млн. операций в секунду). Чтобы получить осмысленное представление о состоянии системы, в некоторых случаях требуется проанализировать изменение данных по командам. Для этого разработан способ восприятия данных от системы за небольшой временной интервал и запоминания их для индикации и наблюдения.

Как и многие современные контрольно-измерительные приборы, логические анализаторы содержат встроенные микропроцессоры. Стоимость этих приборов колеблется от 50 фунт. ст. (сравнительно несложный прибор с 16-ричным индикатором и небольшой памятью — 2К) до нескольких тысяч фунтов стерлингов (многофункциональный прибор с памятью 16К и дисплеем на электронно-лучезой трубке).

Логические анализаторы подключаются к исследуемой системе через входной порт и быстродействующую память для регистрации данных. Благодаря этому прибор может зарегистрировать часть изменяющихся данных, существующих в исследуемой системе.

В анализаторе обычно предусматриваются различные режимы запуска и сбора данных. Важно, чтобы он мог зафиксировать данные, имеющиеся в системе до и после определенной точки при выполнении программы. Для этого приходится сравнивать входную информацию с определенным пользователем запускающим словом. Когда в системе возникает запускающее слово (например, микропроцессор обращается по конкретному адресу памяти), схемы запуска формируют импульс, «замораживающий» состояние памяти для регистрации данных. Таким образом обеспечивается фиксация данных и их доступность для последующего анализа.

Еще один из способов запуска заключается в использовании импульса, генерируемого на одной из входных линий. Типичным примером такого запуска является регистрация данных до и после появления импульса на линии прерывания.

Большинство многофункциональных логических анализаторов обеспечивают два режима индикации — во временной области и в информационной области. В первом случае индицируется временная диаграмма в виде сигналов, показывающих состояния каждой входной лиши в выбранном временном интервале (диаграмма напоминает изображение на экране многоканального запоминающего осциллографа). Обычно допускается движение «окна» по памяти для регистрации (или перемещение курсора по неподвижному изображению), что позволяет получить более подробную информацию, включая двоичное и 16-ричное преобразования сигналов в конкретный момент времени. Индикация в информационной области производится в двоичном или 16-ричном форматах, а иногда позволяет дисассемблировать дг-.нные для различных микропроцессоров.

Глава 6

Полупроводниковая память

В гл. 5 мы говорили о необходимости схем, предназначенных для хранения последовательностей команд и изменяющейся информации (данных), используемой в процессе обработки. Выпускается несколько разновидностей микросхем полупроводниковой памяти. Некоторые из них обеспечивают постоянное хранение программ и данных, поэтому их называют энергонезависимыми. В энергозависимой памяти при выключении питания ее содержимое теряется.

Несмотря на то что в некоторых специализированных микропроцессорах (рассчитанных, например, на простые и дешевые системы управления) предусматривается небольшая внутренняя память для программ и данных, для большинства микропроцессоров обычно требуется внешняя память. Напомним, что такая память подразделяется на ЗУПВ и ПЗУ.

Память, в которую можно записывать и из которой можно считывать, — это ЗУПВ. Иными словами, мы сами изменяем ее содержимое. Из ПЗУ же можно только считывать информацию; попытка записать в такую память не изменяет ее содержимого. Примерами ПЗУ и ЗУПВ служат компакт-диски и компакт-кассеты, используемые для записи музыки и речи. После записи содержимое компакт-диска изменить нельзя, а содержимое кассеты можно стереть и записать на нее снова.

В микропроцессорных системах для хранения данных применяется малогабаритная и быстродействующая полупроводниковая память. Выпускается несколько типов микросхем ПЗУ для различных целей. В термине ЗУПВ слова «произвольная выборка» просто означают, что в такой памяти одинаково легко осуществляется обращение к любым хранимым в ней данным. В отличие от ЗУПВ имеется память с последовательным доступом, например на магнитной ленте.

Энергонезависимая память в микропроцессорных системах необходима для хранения управляющих программ, операционных систем и интерпретаторов языков программирования высокого уровня. Именно на такие применения и рассчитаны ПЗУ. Если требуется сменить управляющую программу или перейти к другой версии операционной системы, микросхему(ы) ПЗУ следует заменить.

В ПЗУ 8-битного микрокомпьютера примерно 4К байт отводятся для операционной системы, которая обеспечивает ввод с клавиатуры, управляет выводом на дисплей, кассетным накопителем и т. п. Интерпретатор БЕЙСИКа обычно занимает 12К байт. Реализовать ПЗУ емкостью 16К можно на одной микросхеме 16К, двух микросхемах 8К или четырех микросхемах 4К.

Программируемые маской ПЗУ. Если микропроцессорная система рассчитывается на массовый выпуск, например домашний компьютер, наиболее целесообразно применять ПЗУ, программируемые маской или фотошаблоном. Запись в такие устройства осуществляется в процессе производства — хранящиеся данные определяются применяемой маской. Разработчик системы сообщает спецификации содержимого ПЗУ фирме-изготовителю. Поскольку заказ оказывается выгодным только для партии в десятки тысяч микросхем, разработчик должен быть полностью уверен в том, что данные и программы безошибочны и не потребуют изменений.

Программируемые ПЗУ с плавкими перемычками. Такие ПЗУ (ППЗУ) оказываются экономичными при среднем объеме производства, и их программирует сам разработчик. Внутри микросхемы находится матрица из нихромовых или поликремниевых перемычек, которые можно расплавить, подав импульс тока с соответствующими параметрами. Программирование занимает значительное время, но сам прибор (программатор) оказывается простым и относительно недорогим. Довольно часто опытные образцы микропроцессорных систем поставляются с ППЗУ, которые после выявления ошибок и при переходе к массовому выпуску заменяются на ПЗУ.

Стираемые ППЗУ. После программирования изменить содержимое рассмотренных выше микросхем ППЗУ нельзя, т. е. они не допускают стирания содержимого и повторного программирования. В то же время стираемые ППЗУ (СППЗУ) обеспечивают многократные стирание их содержимого и программирование.

В корпусе СППЗУ сделано «окно», через которое на матрицу запоминающих элементов попадает свет. При экспонировании ультрафиолетовым светом в течение нескольких минут хранимые данные стираются. После этого в микросхему с помощью дешевого программатора импульсами тока можно записать новую информацию. Процесс программирования длится несколько минут, однако некоторые программаторы позволяют записывать информацию в несколько микросхем одновременно.

Стираемые ППЗУ удобно применять при мелкосерийном производстве и на этапе проектирования, однако относителыю высокая стоимость устройств препятствует их использованию в серийных изделиях. В табл. 6.1 приведены основные характеристики наиболее популярных микросхем СППЗУ, а разводка контактов их корпусов показана на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Разводка контактов распространенных микросхем СППЗУ.

Электрически стираемые ППЗУ. В относительно новых микросхемах электрически стираемых (изменяемых) ППЗУ в отличие от СППЗУ можно стереть содержимое электрическими импульсами; при этом микросхемы не нужно вынимать из гнезд. К сожалению, такие микросхемы довольно дороги и пока не получили широкого распространения, тем более что имеются экономичные КМОП-ЗУПВ, оправдывающие использование батарейного резервного питания.