Chương 4: BỘ NHỚ 1. KHÁI NIỆM: Bộ nhớ là các vi mạch được tích hợp với mật độ cao. Bộ nhớ chính là nơi lưu trữ các chương trình cho vi xử lý cũng như lưu trữ các kết quả khi xử lý, vì vậy mọi hệ thống điều khiển tự động dùng vi xử lý đều phải dùng tới bộ nhớ. 2. HOẠT ĐỘNG TỔNG QUÁT CỦA MỘT BỘ NHỚ: Quá trình hoạt động truy xuất dữ liệu của bộ nhớ đều thông qua các bước sau: - Nhận đòa chỉ để chọn đúng ô n`ớ cần truy xuất. - Nhận tín hiệu điều khiển, tín hiệu này sẽ cho phép đọc hay ghi dữ liệu từ bộ nhớ. - Nhận dữ liệu vào ô nhớ khi thực hiện chức năng ghi hoặc gởi dữ liệu ra khi thực hiện chức năng đọc. Hình 1.6 : Sơ đồ mô tả các đường tín hiệu của bộ nhớ. Các đường điều khiển bao gồm ngõ vào Memory Enable và ngõ vào Read\Write. Ngõ vào Memory Enable dùng để cho phép bộ nhớ hoạt BỘ NHỚ Các đường dữ liệu vào\ra Các đường điều khiển Các đường đòa chỉ vào động. Ngõ vào Read \ Write dùng để xác đònh chế độ hoạt động của bộ nhớ: đọc dữ liệu ra hay ghi dữ liệu vào. Các đường đòa chỉ vào xác đònh đúng đòa chỉ ổ nhớ cần truy xuất. Các đường dữ liệu dùng để truyền dữ liệu hai chiều. 3. PHÂN LOẠI BỘ NHỚ: Bộ nhớ được phân thành 2 loại, mỗi loại có cơ chế hoạt động khác nhau nhưng cùng có chung chức năng chính là lưu trữ dữ liệu. - Bộ nhớ chỉ đọc (ROM – Read Only Memory): trong lúc hoạt động bình thường, dữ liệu chỉ có thể đọc ra chứ không có thể ghi vào. - Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM – Random Access Memory): bất kỳ ô nhớ nào cũng dễ dàng truy xuất như những ô nhớ khác tức là dữ liệu có thể dễ dàng ghi vào cũng như đọc ra. a. Bộ nhớ ROM: ROM là bộ nhớ được thiết kế cho các ứng dụng cần tỷ lệ đọc dữ liệu cao. ROM lưu trữ dữ liệu cố đònh và trong khi hoạt động bình thường chỉ dùng để đọc dữ liệu ra chứ không thể ghi dữ liệu vào ROM. Có nhiều loại ROM khác nhau, dưới đây là một số loại ROM thường gặp : - PROM (Programmable ROM): loại ROM này chỉ có thể lập trình được một lần, sau đó không thể xóa hay nạp lại để thay đổi dữ liệu. - EPROM (Erasable Programmable ROM): với loại ROM này, dữ liệu có thể xóa đi để nạp dữ liệu mới được. Tuy nhiên, khi cần thay đổi giá trò của một ô nhớ thì không thể chỉ xóa dữ liệu của ô nhớ đó mà phải xóa hết rồi nạp lại toàn bộ dữ liệu. Để xóa dữ liệu của EPROM phải dùng ánh sáng cực tím. Còn để nạp dữ liệu cho ROM phải dùng mạch nạp cho ROM. Họ EPROM có mã số 27xxx. - EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): đây là loại ROM cải tiến từ EPROM. Với loại EEPROM này có thể xóa và nạp các ô n`ớ một cách độc lập, không cần xóa đi toàn bộ các ô nhớ chứa chương trình như của EPROM. Họ EEPROM có mã số 28xxx. Trong thực tế, với các hệ thống điều khiển dùng vi xủ lý, người ta thường sử dụng EPROM vì nó có thể cho phép người sử dụng nạp và xóa chương trình nhiều lần, đồng thời tính kinh tế cao (rẻ và dễ kiếm hơn EEPROM nhiều lần). Chính vì vậy, trong đề tài này, nhóm đã sử dụng EPROM để làm bộ nhớ cho hệ thống điều khiển của mình. EPROM có nhiều loại với các dung lượng khác nhau. Sau đây là bảng liệt kê các loại EPROM. Bảng liệt kê các loại EPROM: Tên EPROM Dung lượng Ngõ ra Thời gian truy xuất 2707 1 Kbytes 3 trạng thái 150 ns 2716 2 Kbytes 3 trạng thái 150 ns 2732 4 Kbytes 3 trạng thái 250 ns 2764 8 Kbytes 3 trạng thái 450 ns 27128 16 Kbytes 3 trạng thái 450 ns 27256 32 Kbytes 3 trạng thái 450 ns 27512 64 Kbytes 3 trạng thái 450 ns Trong đề tài nầy, ở đây chỉ trình bày sơ đồ c`ân, sơ đồ logic cùng bảng trạng thái của vi mạch 2764: Hình 1.7 : Sơ đồ chân và sơ đồ logic của vi mạch 2764 Bảng trạng thái của vi mạch 2764: Mode CE\ OE\ PGM \ V PP V CC Output Read V IL V IL V IH V CC V CC D out Stand by V IH x x V CC V CC High Z Program V IL x V IL V PP V CC D in Program verify V IL V IL V IH V PP V CC D out A 0 A 1 A 11 A 12 CE \ OE \ PGM \ V pp D 0 D 7 2764 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 V pp A 12 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 D 0 D 1 D 2 GND V cc PGM \ NC A 8 A 9 A 11 OE \ A 10 CE \ D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 2764 Program Inhibit V IH x x V PP V CC High Z b. Bộ nhớ RAM: Bộ nhớ RAM là bộ nhớ thay đổi, bất kỳ ô nhớ nào cũng có thể truy xuất dễ dàng và thời gian truy xuất của các ô nhớ là như nhau. Khác với bộ nhớ ROM, dữ liệu trong RAM sẽ mất đi khi nguồn điện cung cấp bò mất. Tuy vậy người ta khắc phục điều này bằng cách sử dụng nguồn pin để “nuôi” RAM. RAM thường được dùng trong các hệ thống điều khiển tự động để lưu trữ dữ liệu tạm thời chương trình hay các dữ liệu. Do nội dung dữ liệu trong RAM thường thay đổi liên tục trong quá trình hoạt động nên yêu cầu chu kỳ đọc và ghi của RAM phải nhanh để không làm ảnh hưởng đến tốc độ của cả hệ thống. Cũng như bộ nhớ ROM, bộ nhớ RAM cũng dùng thanh ghi để lưu trữ dữ liệu, mỗi thanh ghi lưu trữ một dữ liệu và chỉ tương ứng với một đòa chỉ duy nhất. Khác với bộ nhớ ROM, bộ nhớ RAM còn có đường điều khiển cho phép ghi hoặc đọc dữ liệu : R\W. Bộ nhớ RAM được chia làm hai loại: SRAM và DRAM. - SRAM (Static RAM) còn gọi là RAM tónh. Đây là loại RAM lưu trữ dữ liệu cho đến khi nào nguồn nuôi không còn. SRAM thực chất là những Flip – Flop (FF), trong đó mỗi FF là một phần tử nhớ đại diện cho một bit. - DRAM (Dynamic RAM) còn gọi là RAM động. Đây là loại RAM phải luôn được làm “tươi” tức là phải nạp lại dữ liệu cho RAM trong một khoảng thời gian nhất đònh, nếu không RAM sẽ bò mất dữ liệu. Trong khi làm tươi RAM, ô nhớ đó không được phép truy xuất. Trong đề tài này, nhóm chỉ sử dụng SRAM: 6264 nên ở đây chỉ trình bày sơ đồ chân, sơ đồ logic và bảng trạng thái của SRAM này. Bảng trạng thái làm việc của vi mạch 6264: Mode WR\ CS\ CS OE\ Outpu t Not select x H x X High Z Not select x x L X High Z Output H L H H High A 0 A 1 A 11 A 12 CS \ OE \ WR \ CS D 0 D 7 6264 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 NC A 12 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 D 0 D 1 D 2 GND V cc WR \ CS A 8 A 9 A 11 OE \ A 10 CS \ D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 6264 Hình 1.8 : Sơ đồ chân và sơ đồ logic của vi mạch 6264 Disable Z Read H L H L D out Write L L H H D in KẾT NỐI BỘ NHỚ VỚI VI XỬ LÝ Bộ nhớ có vai trò rất quan trọng trong hệ thống vi xử lý, hoạt động của bộ nhớ gắn liền với hoạt động của vi xử lý, là nơi lưu trữ dữ liệu để vi xử lý xử lý. do đó bộ nhớ luôn hiện diện trong hệ thống vi xử lý và khi sử dụng phải tiến hành kết nối. Bộ nhớ bao gồm cả ROM và RAM, chúng liên hệ với nhau và đợc kết nối với vi xử lý thông qua các bus: bus dữ liệu, bus đòa chỉ, và bus điều khiển. Sơ đồ kết nối được trình bày ở dạng khối sau: Trong hệ thống có thể có một ROM một RAM hoặc số lượng ROM và RAM nhiều hơn nữa, việc bộ nhớ được truy xuất hoàn toàn phụ thuộc vào sự điều khiển của vi xử lý thông qua 1 IC giải mã 74LS138. Hình 1.8 : Sơ đồ khối kết nối giữa bộ nhớ với vi xử lý Trong hệ thống có thể có một ROM một RAM hoặc số lượng ROM và RAM nhiều hơn nữa. Việc bộ nhớ được truy xuất hoàn toàn phụ thuộc vào sự điều khiển của vi xử lý thông Vi xử lý Bộ nhớ ROM Bộ nhớ RAM Bus đòa chỉ Bus dữ liệu Bus điều khiển qua 1 IC giải mã 74LS138. Khi thiết kế vấn đề quan tâm đầu tiên đó là khả năng truy xuất bộ nhớ của vi xử lý, kế đến là dung lượng của bộ nhớ cần sử dụng. Trong thực tế, bộ nhớ có nhiều dung lượng khác nhau (2K, 4K, 8K… ), nhằm phục vụ cho việc thiết kế đồ án này nhóm thực hiện lựa chọn bộ nhớ có dung lượng 8Kbyte đó là vi mạch nhớ 2764 và 6264. V. VẤN ĐỀ GIẢI MÃ CHO BỘ NHỚ : Với mỗi bộ nhớ (1EPROM hay 1 RAM) để vi xử lý có thể truy xuất hết 8 Kbyte bộ nhớ thì phải tiến hành kết nối 13 đường đòa chỉ A 12 A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 của vi xử lý đến 13 đường đòa chỉ A 12 A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 của bộ nhớ. do đó tất cả 13 đường đòa chỉ của EPROM và RAM đều được nối với 13 đường đòa chỉ của vi xử lý. để truyền được tín hiệu với nhau thì các đường dữ liệu D 7 – D 0 của vi xử lý cũng phải được kết nối với các đường dữ liệu D 7 – D 0 của từng bộ nhớ. Đường tín hiệu điều khiển RD\ của vi xử lý được kết nối với ngõ vào OE\ của EPROM và RAM. Nếu chỉ như vậy thì khi vi xử lý gởi một đòa chỉ ra để truy xuất thì các bộ nhớ đều nhận được đòa chỉ này và sẽ cùng gởi dữ laệu ra hoặc cùng nhận dữ liệu vào. Như vậy dữ liệu mà vi xử lý nhận được sẽ không biết của ô nhớ nào. Vấn đề được đặt ra là bằng cách nào để vi xử lý truy xuất chính xác từng ô nhớ yêu cầu. Công việc này được gii quyết bằng cách thiết kế thêm phần giải mã đòa chỉ để cho phép hoặc không cho phép bộ nhớ nào hoạt động. Riêng đối với bộ nhớ RAM vì RAM là bộ nhớ đọc – ghi nên phải nối thêm đường WR\ của vi xử lý tới đường WR\ của RAM. Sơ đồ mạch giải mã bộ nhớ: Hình 1.10 : Sơ đồ mạch giải mã bộ nhớ đến CE \ của EPROM đến CS \ của RAM A 13 A 14 A 15 A B C O 0 \ O 1 \ O 2 \ O 3 \ O 4 \ O 5 \ O 6 \ O 7 \ E 3 E 1 \ E 2 \ . ns 2732 4 Kbytes 3 trạng thái 250 ns 27 64 8 Kbytes 3 trạng thái 45 0 ns 27128 16 Kbytes 3 trạng thái 45 0 ns 27256 32 Kbytes 3 trạng thái 45 0 ns 27512 64. Chương 4: BỘ NHỚ 1. KHÁI NIỆM: Bộ nhớ là các vi mạch được tích hợp với mật độ cao. Bộ nhớ chính là nơi lưu trữ các chương trình cho vi xử lý