|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Мікросхема динамічної пам'яті DRAM – як відеокамера. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Цифрова техніка Введення зображень у комп'ютер та її подальша цифрова обробка так чи інакше вимагає досить великих капіталовкладень. Найдорожчим приладом тут, мабуть, є відеокамера, сигнал з якої зчитується, запам'ятовується та оцифровується комп'ютером. Найдорожчий, але за якістю і найкращий метод для введення зображення – це оцифрування вихідного сигналу з відеокамери. Але при цьому схемотехнічні витрати тут однаково значні. Тому що тут необхідний високошвидкісний цифро-аналоговий перетворювач, швидкодіючий пристрій і відповідний інтерфейс до персонального комп'ютера. Для аматорських експериментів це досить дорогий шлях. Телевізійна камера з комп'ютерним інтерфейсом занадто дорога, і може значно підірвати бюджет радіоаматора. Виходом із становища стало нетрадиційне застосування кристала динамічної пам'яті. Виявляється, що DRAM може використовуватись як чутливий оптичний датчик. Декілька років тому фірма Micron Technology (американський виробник інтегральної схеми на монокристалі) випустила спеціальну версію 64k-DRAMS з контрольним віконцем, яка продається як сенсор зображення. Так як геометрія кристала в мікросхемі відома, доклавши деякі зусилля можна було зробити відеокамеру. На жаль, ці чіпи перестали продавати, що стало перепоною до створення комп'ютерної камери. Проте я розібрав комп'ютерну плату з мікросхемами пам'яті DRAMS, які мали керамічний корпус із металевою кришечкою. Металеву кришку я забрав досить швидко, під нею виявилося захисне скло. Що ж робити далі? Щоб успішно продовжити експеримент, було вирішено використовувати паралельний порт персонального комп'ютера, який якнайкраще підходив для введення/виведення інформації. Для управління були написані дві невеликі програми на Ассемблері. І – о, диво! - Після кількох випробувань на дисплеї комп'ютера можна було побачити якесь зображення. Як же це працює? 64k-DRAM містить 65536 осередків пам'яті, які розташовані у формі матриці, що має звичайний доступ. У даному випадку тут використовувалася мікросхема D4164 фірми NEC, що є чотири матриці по 64x256 осередку пам'яті. Кожна комірка пам'яті складається з конденсатора та комплементарних транзисторів. У конденсаторі акумулюється інформація у вигляді електричного заряду. Комплементарні транзистори здійснюють доступ (здійснюють комутацію) до цього конденсатора.
Якщо вибрано рядок матриці, то по черзі перемикаючи всі 256 комплементарних транзисторів цього рядка з'єднують потрібний конденсатор (осередок) з одним з 256 підсилювачів. Якщо напруга в підсилювачі вище певного рівня, то приймається, що це логічна 1, інакше на виході підсилювача буде логічний 0. Відраховуючи один із 256 підсилювачів у даному рядку (тобто вибираючи адресу стовпця), ми вибираємо необхідний сигнал на виході DRAM. Так як конденсатори на кристалі пам'яті мають витік (повільно, але неминуче розряджаються), вони повинні постійно регенеруватися (заряджатися), щоб не втратити свою інформацію. Якщо вони перестануть регенеруватися, то через деякий час заряд в комірці конденсатора зникне і біт перекидається. Засвічуванням (експонуванням) конденсатора цей ефект буде посилено, конденсатор розрядиться значно швидше, результатом буде перекидання біта інформації. Час розряду конденсатора буде головною величиною інтенсивності світла в цьому осередку пам'яті. Для використання цього ефекту необхідні такі кроки: - Спочатку всі конденсатори пам'яті заряджаються. - Потім протягом деякого часу йде опромінення осередків пам'яті. - Усі осередки пам'яті опитуються та аналізуються. Кожен осередок (фотоелемент), проглядається щодо інвертування початкового стану, що буде розцінюватися як засвічення. DRAM є мікросхемою пам'яті, тому розподіл логічної адреси має відповідати фізичному місцю на кристалі. Щоб дізнаватися про цей розподіл необхідно провести кілька випробувань. У мікросхемі DRAM, адреси осередків якої складаються з двох складових - адреси рядків та адреси стовпців, можна припустити, що і у фізичній структурі кристала вони розташовані так само. Як виявилося, це практично і є, тобто. логічні адреси рядків відповідають фізичним рядкам та логічні адреси стовпців відповідають фізичним стовпцям. Логічні адреси в межах рядка відповідають очевидно не фізичному місцю осередку пам'яті на інтегральній схемі на монокристалі. У обробленому зображення видно цей помилковий розподіл перестановленими рядками та стовпцями. Перестановка розрядів адреси дозволяє цей дефект усунути, проте тут таки потрібен експериментальний підхід. Геометрія інтегральних схем на монокристалі різних виробників може бути іншою. Тому програма управління функціонує правильно тільки з мікросхемами типу 4164 фірми NEC. Для інших мікросхем пам'яті можуть виникати помилки, але знаючи принцип управління можна коригувати результат. Тепер буде ясно, що наша інтегральна схема на монокристалі складається із чотирьох матриць, які лежать поруч. Дві крайні матриці розділені від двох середніх відносно великими зазорами; це вносить деякі помилки зображення. У цих проміжках знаходиться напевно декодуюча логіка. Дві середні матриці розділені набагато меншим зазором, так що вони можуть розглядатися як матриця розміром 128x256 осередків. На цій підставі як датчики використовуються тільки дві середні матриці. Погляд через лупу на мікросхему чітко визначає матричну структуру кристала.
Тепер потрібно точно сфокусувати об'єктив. При уважному розгляді впадає у вічі, що ще кілька рядків і стовпці переставлені. Два рядки відображаються правильно, наступні два переставлені один з одним. Операція читання вмісту осередків здійснює корекцію цього дефекту. Далі відбувається ще виправлення адрес стовпців, з яких чотири читаються правильно, а інші чотири - у помилковій черговості. Встановити правильний розподіл не завжди просто, тому що тут необхідна солідна інтегральна оптика, і дуже точне фокусування зображення. Малюнок чітко видно лише тоді, коли розподіл правильний! Найкраще починати випробування з білою поверхнею, на яку поміщаються та переміщаються темні об'єкти. Ретельне спостереження, точне фокусування об'єктива та деяке терпіння допоможуть розпізнати грубі несправності (несупади) і виявлять особливості інтегральної схеми на монокристалі. Грубі неточності розпізнаються за допомогою чорних ліній, локалізуються на кристалі та беруться під контроль. Щоб використовувати паралельний порт персонального комп'ютера для приєднання мікросхеми DRAM, необхідна деяка його модернізація. Порт принтера містить паралельні конденсатори та еквівалентні послідовні опори, що згладжують круті фронти тактового синхросигналу; ми не потребуємо цих елементів у цьому випадку і тому їх слід видалити.
У звичайній платі з високою інтеграцією окремі модулі пов'язані безпосередньо CMOS-виходами з портами принтера по шині з низькою здатністю навантаження, тому тут повинен бути буферний двонаправлений драйвер. Тепер за допомогою кабелю з'єднують паралельний порт з панелькою, на якій буде встановлена мікросхема DRAM. Гнізда цієї панелі повинні мати гарні контакти (бажано позолочені) і витримувати багаторазові заміни, оскільки доведеться підбирати потрібну мікросхему. Необхідно також вивести окреме гніздо живлення для мікросхеми, оскільки напруга на виході LPT-порту тут не можна використовувати. Принтер, однак, не може бути приєднаний там! Дуже важливим є також розділовий конденсатор між штирьком 8 і штирьком 16 DRAM, тому що при включенні там протікає досить високий електричний струм (близько 100 mA). Цей конденсатор припаюється безпосередньо до корпусу кристалотримача (панельки) ІВ (зверніть увагу на полярність! Штир 8 є +5 вольтами, штир 16 є масою). Без цього конденсатора взагалі нічого не функціонує! Механічна конструкція інтегральної оптики Корисна поверхня кристала мікросхеми NEC 4164 становить приблизно 1,2х6 кв.мм, якщо відмовляємось від обох крайніх матриць. Інтегральна оптика повинна виконуватися та вибиратися виходячи з цього факту. Об'єктив з 8 мм фокусними відстанями відповідає приблизно 50 мм стандартний об'єктив у малоформатному фотоапараті. До уваги беруться також об'єктиви з фокусними відстанями від 5 до 35 мм. Ця оптика окупає себе у подальшому використанні. Нами був використаний згаданий об'єктив від камери Super-8 (фокусна відстань f = 25mm). Краще використовувати короткофокусні об'єктиви, наприклад, від старих тонких плівкових фотоапаратів, дефектної побутової телекамери і т.д. У комісійних фотомагазинах та фотоательє, сподіваюся, Вам запропонують відповідний об'єктив. Але і без високоякісного об'єктиву можна досягти хороших результатів, застосувавши просту короткофокусну лінзу. Якість зображення від лінзи не повинна поступатися зображенням, отриманим від об'єктива. Адже Ви проектуєте зображення на кристал мікросхеми, який не підтримує високу роздільну здатність як на фотоплівці. Стандартного рішення щодо розміщення та конструкції оптичної системи ми тут дати не можемо через великий варіант вибору об'єктивів та його встановлення перед кристалом мікросхеми. Необхідно лише наголосити на точному центруванні інтегральної оптики, щоб зображення точно сфокусувалося на кристалі. Світлова чутливість Інтегральна схема на монокристалі не забезпечує високу чутливість світла, тому часи опромінення кристала більш тривале, ніж у справжньої CCD-відеокамери. Швидкість переміщення фіксованих об'єктів залежить від освітленості і становить від сотень до 20 секунд. Більше тривалі часи не можливі, оскільки інакше зображення сильно "зашумлено" (розмито). Протягом цього досить тривалого періоду опромінення бажано мати штатив для вашої конструкції. Також Ваші руки повинні бути вільними, щоб коригувати час опромінення, працюючи на клавіатурі комп'ютера і записуючи вдалі зображення. Відзначено, що кристал мікросхеми DRAM більш сприйнятливий до червоного спектру оптичного діапазону, ніж до блакитного, можливо, він має хорошу спектральну чутливість в інфрачервоному (невидимому) спектрі випромінювання. Програмне забезпечення Ініціалізація та читання кристала пам'яті виконується програмами на асемблері, які вставлені в програми на Turbo-Pascal. Ініціалізація Процедура INITRAM ініціалізує інтегральну мікросхему. Так як наявності заряду в осередках пам'яті мікросхеми NEC 4164 відповідає логічна "1", то усі осередки попередньо записуються "1". Для управління мікросхемою DRAM необхідно кілька складних тактуючих сигналів.
Спочатку встановлюється лічильник адреси рядка адресному вході мікросхеми. Вхід RAS при цьому буде встановлено "0" - дозволяється установка адреси рядка. Далі видається адреса стовпця, вхід Din встановлюється в бажане значення (у нашому випадку всі комірки встановлюються "1"), потім вхід CAS переводиться в "0". DRAM прийняв тепер адресу стовпців та біт даних. Цей процес повторюється всім 32768 осередків пам'яті; тепер мікросхему DRAM ініціалізовано, всі конденсатори заряджені (записані "1"). Далі проходить деякий період часу, протягом якого відбувається опромінення кристала пам'яті мікросхеми. Коли цей час спливає відбувається зчитування інформації з осередків пам'яті, при цьому комірки, що підсвічуються, змінять свій стан (засвічені конденсатори розрядяться швидше). Зчитування інформації Зчитування інформації з кристала пам'яті здійснюється процедурою LESERAM. Це буде відбуватися так само, як і в процедурі INITRAM. Зміст кожного осередку пам'яті буде запам'ятовуватися, щоб потім перетворитися на зображення. У цьому проводиться корекція локальних помилок. Відповідно, кожні 8 біт об'єднуються в байти. Для створення зображення потрібно 4096 байтів, оскільки використовується лише половина кристала пам'яті. Ці дані потім будуть передані основній програмі. Програма коригування вирівнюєте різну чутливість окремих пікселів. (Комірки пам'яті на краях матриці більш чутливі, ніж центральна зона.) Так як між обома середніми матрицями (для NEC 4164!) є невеликий зазор, є ще друга програма корекції. Вона розтягує обидві половинки зображення на 5 пікселів і інтервал, що виник, раціонально заповнює. У деяких випадках раціональніше відмовитися від цієї корекції або покращити алгоритм обробки. Три програми INITRAM (ініціалізація), LESERAM (читання) та корекція містяться в процедурі "Експонування" та необхідні для створення інтервалу часу опромінення матриці та запису інформації зображення. Процедура "ANZEIGE" (ІНДИКАЦІЯ) використовується для швидкого виведення зображення з VGA-карти. При цьому інформація про зображення вводиться безпосередньо у відеопам'ять, що суттєво прискорює результат. На жаль, вертикальні відстані окремих осередків пам'яті двояться, що пояснюється процедурою компенсації у програмі індикації. При використанні інших адаптерів дисплея, можливо, потрібно підлаштувати цю підпрограму. Процедури "SPEICHERN" (Запис) та "LESEN" (Читання) записують і відповідно зберігають зображення у форматі BMP і скидають на жорсткий диск. інші програми Розглянуті вище програми використовують інші прикладні програми. Програма "KUCKUCK" (Зозуля) є найважливішою з усіх; з її допомогою записуються окремі зображення, а також серії зображень із 2, 4 або 10 рівнями яскравості. Поточне зображення завжди на моніторі і може записуватись за допомогою клавіші "пробіл". Принципово камера, звичайно, може приймати зображення тільки з 2 рівнями (чорне та біле), проте можна робити неодноразові опромінення зображення з напівтонами (сірого відтінками).
Одноразові експонування напівтонових зображень записуються послідовно у файли (".3" і відповідно ".9") і далі перетворюються для подальшої обробки програмами "Grau3", "Grau4" та "Dither": "Grau3" виробляє 3 одноразових експонування точкового малюнка з 4 рівнями яскравості. (4 біти на піксель інформації, при цьому використовуються тільки кольори 0, 7, 8 і 15 і, відповідно - чорний, світло-сірий, темно-сірий та білий рівні. Для швидкої екранної обробки напівтонових зображень необхідне інше перетворення: програма "Grau4" перетворює однакові вхідні дані як так само як і "Grau3", але в іншому форматі. Дев'ять одноразових експонувань для файлу ".9" перетворюються програмою "Dither" на чорно-біле зображення (відповідно 3 рази по ширині та висоті оригінал). У результаті експонувань кожен піксель у дев'яти зображеннях кожної точки створить матрицю випадкових розподілів розміром 3х3 пікселя. Програма FilmAb (Відеокліп) служить для перегляду створених послідовностей зображень, які в свою чергу були створені програмою Kuckuck. Таким чином, можуть створюватися короткі відеокліпи з 2 або 4 рівнями яскравості і порядок перегляду може вибиратися при цьому будь-який. Так як формат 128х256 пікселів виходить досить великим, особливо довжина рядків в два рази вище, ніж стовпців, то можна скористатися "половинним форматом" з роздільною здатністю 128х128 пікселів. Насамперед при виконанні програми FilmAb (Відеокліп) потрібно раціонально навантажувати цю опцію, щоб економити місце на диску. Отримані окремі зображення можуть оброблятися програмами Windows, наприклад Paintbrush. Список окремих процедур та програм: - VIDEO.INC містить високорівневі процедури: - INITRAM, INITRAM2: Ініціалізація мікросхеми D4164 у повний та відповідно половинний формат. - LESERAM, LESERAM2: читання інформації зображення. - ANZEIGE: швидке введення до VGA-карти. - LESEN: файл точкового малюнка з 2 кольорами, розміром 128х256 та 128х128 пікселів. - SPEICHERN: дані точкового малюнка, формат як при читанні - KUCKUCK: Запис у двох форматах – у 2, 4 або 10 рівнів яскравості. - GRAU3: Генерує 4-х кольоровий BMP файл із 3 одноразових експонувань (".3" -> ".BMP"). - GRAU4: Генеруються дані з інформацією для 4 біта VGA-карти (".3" -> ".4"). - DITHER: З 9 одноразових експонувань створюється 2 кольорові зображення (".9" -> ".BMP"). - FILMAB: 2-х або 4-х кольорові точкові малюнки поєднуються у фільм (присвоюється ім'я: "ім'я. BMP"). література: - Datenblatt IS 32 Optic Ram, Micron Technology Комплект оригінальної документації у файлі kuckuck.zip (283 kB) Примітка перекладача Ця робота, судячи з дати створення файлів, була написана в 1992 році, коли ще навіть 486 комп'ютерів були дуже крутою штукою. Можливо, під сучасні РС доведеться коригувати програмне забезпечення. Може виявитися, що паралельний порт комп'ютера не доведеться допрацьовувати (не хочеться втрачати принтер :-). Щодо застосовуваних мікросхем: - мабуть не просто буде знайти DRAM саме фірми NEC (я у себе в мотлоху такий не знайшов поки що), а МС іншої фірми може не містити металевої кришечки. Як дістатися до кристала? Взагалі моя думка, що ця стаття є лише відправною точкою для експериментування над цією цікавою проблемою. В вихідному файлі є ще кілька текстових файлів. Постараюсь їх також перекласти. Автор: Martin Kurz, переклад Миколи Большакова, rf.atnn.ru
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Любителі солодкого схильні до алкоголізму ▪ Технологія самовідновлення одягу ▪ Контролери LED драйверів ON Semiconductor NCL30085/6/8
▪ розділ сайту Паліндроми. Добірка статей ▪ стаття Це від мене не залежить. Крилатий вислів ▪ стаття Чим харчуються гризуни, які не вміють гризти? Детальна відповідь ▪ стаття Лабазник звичайний. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Пеленгатор з рамковою антеною. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Цукерки із сачка. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page