note3_2000_1.pdf
(
395 KB
)
Pobierz
В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА
Интеллектуальные панельки
фирмы Dallas Semiconductor
Евгений Пирумов
В статье пойдет речь об интеллектуальных панельках.
Внешне они очень похожи на обычные, предназначен
ные для установки в них микросхем. Отличие состоит в
том, что в эти панельки встроен контроллер с опреде
ленными функциями.
Также будет затронута тема применения интеллекту
альных панелек в электронных устройствах, где исполь
зуются микросхемы статической памяти и микросхемы
постоянных запоминающих устройств, в которых необ
ходимо иметь постоянную информацию о текущем вре
мени с высокой точностью и/или сохранять промежу
точные данные во время случайного сбоя основного
электропитания. Одним из производителей панелек со
встроенным интеллектом является фирма Dallas Semi
conductor, и в этой статье рассматриваются два вида
производимых ею панелек, которые применяются в вы
соконадежных контроллерах фирмы Octagon Systems,
предназначенных для тяжелых условий эксплуатации с
отрицательными температурами. Эти панельки имеют
встроенное автономное питание и встроенные часыка
лендарь текущего времени и предназначены для уста
новки в них микросхем памяти КМОПструктуры в
DIPкорпусе с побайтовым доступом.
Фирма Octagon Systems в своих контроллерах приме
няет статическую память (SRAM) для хранения данных.
Но во время аварийного исчезновения электропитания
или после его отключения только дополнительный ав
тономный источник электропитания обеспечит целост
ность промежуточных данных в статической памяти.
Наряду с этим в определенных приложениях или при
изменении объема используемой памяти пользователю
требуется заменить элемент памяти на другой, с боль
шим или меньшим объемом. Например, в контроллеры
фирмы Octagon Systems, поставляемые со статической
памятью (SRAM) объемом 32 кбайт (модель 5081) или
128 кбайт (модели 5082, 5083), благодаря наличию на
платах панелек, можно легко установить микросхемы
памяти объемом 128 или 512 кбайт. Описанные далее
основные характеристики элементов автономного пи
тания производства фирмы Dallas Semiconductor, их до
полнительные возможности и опции модификации из
ложены применительно к упомянутым контроллерам.
DS1213 SmartSocket представляет собой интеллекту
альный источник независимого электропитания, вы
полненный в виде панельки (рис. 1), которая устанавли
вается в штатную панельку, находящуюся на плате кон
троллера, для размещения в ней микросхемы статичес
кого ОЗУ (SRAM). DS1213 обеспечивает независимое
электропитание и контроль наличия питания, подавае
мого на микросхему SRAM, и его изменений.
DS1216 SmartWatch выполняет аналогичные функ
ции, но дополнительно имеет встроенные часыкален
дарь реального времени
(рис. 1). Кроме того,
функцию часовкален
даря реального времени
панельки DS1216 мож
но использовать как с
установленной в нее
микросхемой памяти, так и без нее (если, ко
нечно, в этом есть необходимость, или на
плате имеются свободные места под допол
нительные микросхемы памяти).
28 выводов
мин.
35,05 36,07 35,05 36,07
17,53 18,29 17,53 18,29
10,16 11,94 10,16 11,94
0,89
32 вывода
макс. мин.
Размер
корпуса, мм
A
B
C
D
E
макс.
1,65
0,89
1,65
1,39
1,9
1,39
1,9
F
G
H
J
K
3,04 4,06 3,04 4,06
2,29 2,79 2,29 2,79
14,99 16,00 14,99 16,00
0,20
DS1213 S
MART
S
OCKET
–
БАТАРЕЙКА С ИНТЕЛЛЕКТОМ
DS1213 выполняет пять функций.
Первая из них — это определение уровней
напряжения (V
cc
) внешнего источника пита
ния, запитывающего весь контроллер, и на
пряжения встроенной в панельку батарейки.
При этом напряжение питания батарейки бу
дет отличаться всего на 0,2 В (падение напря
жения на переключающем ключе) от номи
нального значения внешнего источника пи
тания, что достаточно для хранения данных в
SRAM (табл. 1, рис. 2).
Вторая функция, которую выполняет
DS1213, — обнаружение повреждения внеш
него питания. Если напряжение питания
0,30
0,20
0,30
0,38
0,53
0,38
0,53
L
9,65
10,67 9,65
10,67
Назначение выводов DS1213B:
вывод 20 — сигнал выбора кристалла — CE (активный логический 0);
выводы 26, 28 — внешнее питание — V
CC
;
вывод 14 — нулевой вывод (минус источника питания) — GND.
Все выводы — проходные, кроме 20, 26 и 28, управляемых встроенным контроллером.
Назначение выводов DS1216B:
вывод 1 — сигнал сброса часовкалендаря — RST (активный логический 0);
вывод 11 — входные/выходные данные — DQ0;
вывод 14 — нулевой вывод (минус источника питания) — GND;
вывод 20 — сигнал выбора кристалла — CE (активный логический 0);
вывод 22 — разрешение выхода — OE (активный логический 0);
выводы 26, 28 — внешнее питание — V
CC
;
вывод 27 — разрешение записи — WE (активный логический 0).
Все выводы — проходные, кроме 1, 11, 20, 22, 26, 27 и 28, которые управляются
встроенным контроллером.
80
Рис.1. Общий вид, размеры и назначение выводов DS1213B/DS1216B
www.cta.ru
СТА 1/2000
СТА 1/2000
© 2000 CTA Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
В записную книжку инженера
CE
ВХ
внешнего источника становится ниже
уровня 4,75 В, компаратор встроенного
контроллера DS1213 определяет эту си
туацию и переводит ОЗУ в режим хра
нения данных.
Третья функция — защита от записи
данных в установленную в панельку
микросхему ОЗУ в зависимости от того,
какое из питающих напряжений боль
ше: внешнее или батарейное. Если
входной сигнал выбора кристалла (CE)
для микросхемы памяти был активен во
время сбоя внешнего источника пита
ния, то будет установлена защита от за
писи до конца текущего обращения к
ОЗУ (рис. 2), чтобы избежать разруше
ния хранимых данных. Обнаружение
сбоя по питанию от внешнего источни
ка питания происходит при снижении
напряжения от 4,75 до 4,5 В (рис. 2).
При восстановлении питающего на
пряжения сигнал выбора микросхемы
(CE) будет пропущен к выводу уста
новленной микросхемы ОЗУ с задерж
кой, не превышающей 20 нс (рис. 3).
Четвертая функция — постоянная
(косвенная) проверка состояния
встроенной батарейки для предупреж
дения о возможной потере данных. В
процессе нормальной работы внешне
го источника питания постоянно про
веряется напряжение встроенной бата
рейки с помощью прецизионного ком
паратора. Если напряжение встроен
ной батарейки ниже 2,0 В, последую
щий доступ к ОЗУ запрещается. Опре
деление состояния встроенной бата
рейки производится с помощью трех
последовательных шагов: первый —
цикл чтения любой области памяти;
второй — цикл записи в ту же область
памяти, но измененных данных. Если
V
IH
V
IL
V 0,2 В
A
CE
ВЫХ
V
IL
t
REC
t
PD
4,75 В
4,5 В
t
R
Условные обозначения:
СЕ
ВХ
— сигнал СЕ на штырьковом
выводе панельки;
СЕ
ВЫХ
— сигнал СЕ на гнезде панельки под
штырьковый вывод микросхемы;
V
IH
— входное напряжение высокого уровня
(логическая 1);
V
IL
— входное напряжение низкого уровня
(логический 0);
V
BAT
— напряжение питания батареи;
t
CE
— длительность импульса сигнала СЕ;
t
PD
— задержка распространения сигнала СЕ;
t
PF
— время перехода сигнала СЕ к
высокому уровню при отключении
внешнего источника питания;
t
F
— время снижения внешнего питающего
напряжения от 4,75 В до 4,5 В;
t
FB
— время снижения внешнего питающего
напряжения от 4,5 В до 3 В.
Рис. 2. Временные диаграммы
перехода в режим автономного
питания
V
CC
Условные обозначения:
V
BAT
— напряжение питания батарейки;
V
IH
— входное напряжение высокого уровня
(логическая 1);
V
IL
— входное напряжение низкого уровня
(логический 0);
t
REC
— время перехода сигнала СЕ к низкому
уровню при восстановлении внешнего
питания;
t
R
— время нарастания внешнего питающего
напряжения от 4,5 В до 4,75 В;
t
PD
— задержка распространения сигнала СЕ.
Рис. 3. Временные диаграммы
перехода в режим питания
от внешнего источника
изоляция между батарейками, а комму
тационный ключ гарантирует изоляцию
между ними и в моменты переключе
ния. При работе одной из батареек вы
бирается та, у которой больше выходное
напряжение. Если одна из батареек вы
ходит из строя, то автоматически под
ключается другая. Каждая из них — это
литиевая батарейка с номинальной ем
костью 45 мA·ч.
Если DS1213 еще не была в исполь
зовании, то напряжение на батарейке
через выводы панельки измерить нель
зя. Измерять напряжение на батарейке
можно только после того, как DS1213
будет установлена в изделие, где она
используется, и будет подано внешнее
напряжение источника питания.
Электрические параметры для всех
типов DS1213 приведены в таблице 1.
Теперь перейдем к рассмотрению
модификаций DS1213 SmartSocket.
Все возможные модификации
DS1213 SmartSocket представлены на
рис. 4а, 4б, 4в. Эти модификации допу
скают определенные изменения, пре
дусмотренные фирмойизготовителем.
Вопервых, все стандартные изделия
DS1213 поставляются с возможностью
определения снижения питающего на
пряжения в пределах 5%, то есть грани
цы контролируемого диапазона напря
жения составляют 4,75 В и 4,5 В. Этот
предел может быть увеличен до 10%,
тогда границами контролируемого диа
пазона напряжения будут 4,5 В и 4,25 В.
Для изменения контролируемого диа
пазона входного напряжения следует
проделать следующее: перерезать до
при выполнении третьего шага — цик
ла чтения данных, записанных в пре
дыдущем шаге, данные не совпадут, то
это означает, что напряжение питания
встроенной батарейки упало ниже
2,0 В и данные могут быть потеряны.
Пятая функция, которую выполняет
DS1213 — это поддержка дополнитель
ной (второй) батарейки. Во многих
приложениях целостность данных име
ет первостепенное значение. В таких
приложениях желательно использовать
две батарейки, чтобы гарантировать на
дежность. DS1213 имеет возможность
поддерживать две встроенные батарей
ки. При этом обеспечивается полная
Таблица 1. Основные электрические и временные параметры DS1213
Мини
мальное
значение
Макси
мальное
значение
Обоз
начение
Типовое
значение
Единица
измерения
Параметр
V
IH
V
CC
+0,3
Логическая 1 вывод 20L
2,2
–
В
V
IL
Логический 0 вывод 20L
–0,3
–
+0,8
В
t
PD
Задержка распространения сигнала CE
5
10
20
нс
Время перехода сигнала CE к высокому уровню
при отключении внешнего источника питания
t
PF
–
–
0
нс
Время перехода сигнала CE к низкому уровню
при восстановлении внешнего питания
t
REC
2
80
125
мс
Время снижения внешнего питающего
напряжения V
CC
от 4,75 до 4,5 В
t
F
300
–
–
мкс
Время снижения внешнего питающего
напряжения V
CC
от 4,5 до 3 В
t
FB
10
–
–
мкс
Время нарастания внешнего питающего
напряжения V
CC
от 4,5 до 4,75 В
t
R
0
–
–
мкс
t
CE
Длительность импульса сигнала CE
–
–
1,5
мкс
Примечания. 1. Если возле номера вывода встречается индекс U или L, то это означает,
что значение параметра относится к гнезду панельки или к штырьку панельки
соответственно.
2. Номера выводов указаны для DS1213B.
81
www.cta.ru
СТА 1/2000
СТА 1/2000
© 2000 CTA Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
В записную книжку инженера
рожку, обозначенную аббревиатурой
«TOL» на печатной плате встроенного
в панельку контроллера со стороны ус
тановки микросхемы (рис. 4а, 4б, 4в,
линии разрезов указаны штрихами на
дорожках); соединить вместе металли
зированные площадки, обозначенные
символами «T».
Вовторых, в DS1213B и DS1213D
(рис. 4а, 4в) предусмотрена возмож
ность увеличения объема памяти уста
навливаемых микросхем статической
памяти (SRAM) с 8 кбайт до 32 кбайт и
со 128 кбайт до 512 кбайт соответствен
но; чтобы реализовать эту возмож
ность, необходимо перерезать две до
рожки, маркированные символами
«U», и соединить вместе две металли
зированные площадки, маркирован
ные символами «G».
Фирма Octagon Systems для примене
ния в своих контроллерах поставляет
панельки DS1213DM, уже переделан
ные для установки в них статического
ОЗУ объемом 512 кбайт. Например,
микроконтроллеры 5082, 5083 постав
ляются с микросхемами статического
ОЗУ объемом 128 кбайт. Для обеспече
ния их независимым источником элек
тропитания можно использовать ту же
панельку DS1213DM, проделав опи
санные действия в обратной последо
вательности и превратив ее в DS1213D,
которая предназначена для установки
статического ОЗУ объемом 128 кбайт.
DS1216 S
MART
W
ATCH
—
ЧАСЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
СО ВСТРОЕННЫМ АВТОНОМНЫМ
ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ
Семейство «фантомных» часов ре
ального времени фирмы Dallas Semi
conductor представляет собой комби
нацию панельки для установки микро
схем ОЗУ (RAM) или ПЗУ (ROM) в
стандартном корпусе DIP с побайто
вым доступом и встроенных в панельку
литиевой батарейки и часовкалендаря
(далее по тексту — «хронометр»).
«Фантомный» хронометр, используя то
же адресное пространство, что и
RAM/ROM память, установленная в
панельку, не создает никаких препятст
вий при доступе к памяти. Эти устрой
ства названы «фантомными», потому
что доступ к ним осуществляется толь
ко тогда, когда предопределенное
64разрядное кодовое слово получено
элементом (в данном случае хрономет
ром). Когда обращения к хронометру
а) DS1213B
б) DS1213C
в) DS1213D
Рис. 4. Модификации DS1213
SmartSocket
нет, доступ к установленной в панельку
RAM/ROM осуществляется обычным
способом.
DS1216 SmartWatch позволяют хра
нить при отключенном внешнем ис
82
www.cta.ru
СТА 1/2000
© 2000 CTA Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
точнике питания текущие сотые доли
секунд, секунды, минуты, часы, число,
месяц и год. В хронометре (в части, от
носящейся к календарю) поддержива
ются функции количества дней в меся
це и високосного года вплоть до 2100
года (хотя в памяти хронометра хранят
ся только единицы и десятки текущего
года). Следовательно, для получения
правильного летоисчисления пользо
ватель должен предусмотреть в своих
приложениях добавление соответству
ющих сотен и тысяч лет. До первого
подключения внешнего источника пи
тания литиевая батарейка отключена с
целью сохранения ее ресурса. Точность
хода часов составляет ±1 минуту в ме
сяц при температуре 25°С (подробные
электрические параметры приведены в
таблице 2).
Функции встроенного питания
DS1216 полностью совпадают с опи
санными для DS1213 SmartSocket.
Внешний вид, габариты и назначение
выводов панельки DS1216 также пред
ставлены на рис. 1.
Порядок работы с хронометром
Инициализация хронометра осуще
ствляется записью 64разрядного кодо
вого слова, переданного последова
тельно через младший разряд данных
(DQ0). Образ кодового слова в шест
надцатеричном коде — C5 3A A3 5C C5
3A A3 5C. Вероятность совпадения это
го кода с кодом обращения к SRAM и
случайной инициализации хронометра
составляет менее 10
–19
. Доступ, кото
рый осуществлялся до посылки кодо
вого слова, относился к микросхеме
памяти, установленной в панельку
DS1216. После того как было отправле
но кодовое слово, следующие 64 бита
данных чтения или записи относятся к
получению или модификации данных
в хронометре. При этом доступ к памя
ти, установленной в панельку DS1216,
будет запрещен.
Передача данных из или в хронометр
осуществляется последовательно и по
битно под управлением встроенного в
панельку DS1216 контроллера (рис. 5)
сигналами CEI — выбор микросхемы,
Таблица 2. Основные электрические и временные параметры DS1216
Мини
мальное
значение
Макси
мальное
значение
Обозна
чение
Типовое
значение
Единица
измерения
Параметр
Логическая 1 вывод 20L
V
IH
2,2
—
V
CC
+0,3
В
V
IL
–0,3
—
+0,8
В
Логический 0 вывод 20L
t
PD
Задержка распространения сигнала CE
5
10
20
нс
Время перехода сигнала CE к высокому уровню
при отключении внешнего источника питания
t
PF
—
—
0
нс
t
REC
—
—
2
мс
Время восстановления внешнего питания
Время снижения внешнего питающего
напряжения V
CC
от 4,75 до 3 B
t
F
0
—
—
мкс
Время нарастания внешнего питающего
напряжения V
CC
от 4,5 до 4,75 B
t
R
0
—
—
мкс
t
CW
Длительность импульса сигнала CE
170
—
—
нс
t
RST
200
—
—
нс
Длительность сигнала «сброс»
t
RC
Время цикла чтения
250
—
—
нс
Время до начала установившихся данных
от начала сигнала CE
t
CO
—
—
200
нс
Время до начала установившихся данных
от начала сигнала OE
t
OE
—
—
100
нс
t
WC
—
—
Время цикла записи
250
нс
t
WP
Длительность импульса записи
170
—
—
нс
t
WR
50
—
—
нс
Время восстановления сигнала записи
t
DS
Время установившихся данных
100
—
—
нс
t
DH
0
—
—
нс
Время захвата данных
Время до установки выходных данных в низкий
уровень от начала сигнала CE
t
COE
10
—
—
нс
Время до установки выходных данных в низкий
уровень от начала сигнала OE
t
OEE
10
—
—
нс
Время до установки выходных данных в высокий
уровень от начала сигнала CE
t
OD
—
—
100
нс
Время до установки выходных данных в высокий
уровень от начала сигнала OE
t
ODO
—
—
100
нс
t
RR
50
—
—
нс
Время восстановления сигнала чтения
Примечания.1. Если возле номера вывода встречается индекс U или L, это означает, что
значение параметра относится к гнезду или к штырьку панельки соответственно.
2. Номера выводов указаны для DS1216B.
СТА 1/2000
© 2000 CTA Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
В записную книжку инженера
виться от этого неудобства —
это обращение к хронометру
через выделенную область ад
ресов в SRAM, которая будет
использоваться для работы с
часами. Когда первый цикл за
писи выполнен, данные срав
ниваются с нулевым битом
64разрядного регистра сравне
ния. Если данные совпали, ука
затель разрядов регистра срав
нения перемещается к следую
щему биту и ожидает следующе
го цикла записи. Если же дан
ные не совпали, то указатель
разрядов регистра не перемеща
ется и все последующие циклы
записи игнорируются до следу
ющего цикла чтения, который
сбросит указатель разрядов ре
гистра сравнения в исходное
состояние. Если начинается
цикл чтения во время распозна
вания кодовой последователь
ности, то представлен
ная последовательность
прерывается и регистр
сравнения сбрасывается.
Распознавание кодового
слова продолжается для
всех 64 циклов записи,
как описано ранее, до
тех пор, пока все разря
ды регистра сравнения
не совпадут. При полном
совпадении всех 64 раз
рядов хронометр отпи
рается и может осуществляться
передача данных к или от реги
стров хронометра. Следующие
64 цикла чтения/записи будут
передавать данные через DQ0 в
зависимости от уровня сигна
лов OE или WE на штырьковых
выводах панельки. Данные бу
дут записаны или прочитаны из
8 регистров хронометра, пока
занных на рис. 6.
В работе хронометра с уста
новленной в панельку микро
схемой постоянного запомина
ющего устройства (ROM) есть
некоторые отличия. В этом слу
чае не требуется батарейная под
держка памяти, и для передачи
управляющих сигналов к встро
енному контроллеру использу
ются две линии адреса доступа к
хронометру — А0, А2 (рис. 7). На
рис. 5 и рис. 7 в качестве базово
го элемента панелек показана
микросхема DS1215, так как
DS1216 — это фактически герметизиро
ванные в панельке литиевая батарейка и
DS1215. При размещении в DS1216 (E
или F) микросхемы ПЗУ (ROM) вывод
ROM/RAM соединяется с выводом
V
ССО
(напряжение, выходящее из па
нельки для питания микросхемы памя
ти), чтобы выбрать режим работы с
ROM. Так как микросхема ПЗУ (ROM)
предназначена только для чтения и не
требует питания для хранения данных,
то ей не нужна функция защиты от за
писи. Из этого можно сделать вывод:
если в системе пользователя требуется
автономное питание для SRAM и нали
чие часовкалендаря реального време
ни, то желательно использовать DS1213
для микросхем статической памяти, а
DS1216E (или F) — для микросхем ПЗУ
(ROM), тогда при обращении к хроно
метру не потребуется место в статичес
кой памяти.
В таблице 3 приведены все типы ча
сов реального времени серии DS1216 с
Условные обозначения:
A0 – AN — адресная шина;
ADD — адресные входы микросхемы;
DQ0 – DQ7 — шина данных;
DATA I/O — данные вводавывода;
V
CC
— вход микросхемы памяти для подачи напряжения
питания;
V
CCO
— выходное напряжение ключа коммутации
питающих напряжений;
WE — сигнал разрешения записи в микросхему памяти;
CE — сигнал выбора микросхемы;
CEO — выходной сигнал (из встроенного контроллера)
выбора микросхемы;
CEI — входной сигнал (во встроенный контроллер)
выбора микросхемы;
OE — разрешение выхода данных микросхемы памяти;
RST — внешний сигнал сброса встроенного
контроллера (хронометра);
BAT1 — напряжение питания батареи 1;
BAT2 — напряжение питания батареи 2;
RAM/ROM — вход, определяющий тип микросхемы
памяти (ОЗУ или ПЗУ);
V
CCI
— входное напряжение внешнего источника
питания;
Q—выход данных встроенного контроллера
(хронометра);
D—вход данных встроенного контроллера (хронометра).
Условные обозначения:
HR — десятки часов (принимает значения 0, 1, 2);
OSC — разрешение/запрещение работы встроенного
генератора хронометра;
RST — разрешение/запрещение сигнала «сброс»;
A/P — время до полудня (АМ) или после полудня (PM).
Рис. 6. Регистры данных хронометра
Рис. 5. Блоксхема интеллектуальной
панельки при установке микросхемы
статического ОЗУ (SRAM)
OE — разрешение выхода и WE — раз
решение записи. Первым выполняется
цикл чтения с использованием управ
ляющих сигналов CEI и OE, управле
ние которыми берет на себя контрол
лер хронометра. При этом произво
дится распознавание кодового слова,
начиная с первого бита 64разрядного
регистра сравнения. Затем выполня
ются 64 последовательных цикла запи
си с использованием управляющих
сигналов CEI и WE. Эти 64 цикла тре
буются только для обеспечения досту
па к хронометру. Циклы записи, сгене
рированные для обеспечения доступа
к хронометру, приводят к записи дан
ных в микросхему статического ОЗУ
(SRAM), установленную в панельку
DS1216. Это создает определенные не
удобства, поскольку при этом изменя
ются данные в самой статической па
мяти. Наиболее простой способ изба
Условные обозначения:
DO – D7 — шина данных;
DATA OUT — выходные данные.
Рис. 7. Блоксхема интеллектуальной панельки
при установке микросхемы ПЗУ (ROM)
85
www.cta.ru
СТА 1/2000
© 2000 CTA Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
Plik z chomika:
fred1144
Inne pliki z tego folderu:
hardware1_2000_1.pdf
(620 KB)
hardware2_2000_1.pdf
(488 KB)
software1_2000_1.pdf
(289 KB)
note3_2000_1.pdf
(395 KB)
software2_2000_1.pdf
(594 KB)
Inne foldery tego chomika:
1996-1
1997-1
1997-2
1997-3
1997-4
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin