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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Chip de memoria dinámica DRAM - como una cámara de video. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología digital Ingresar imágenes en una computadora y su posterior procesamiento digital de una forma u otra requiere inversiones bastante grandes. El dispositivo más caro aquí, quizás, es una cámara de video, cuya señal es leída, almacenada y digitalizada por una computadora. El más caro, pero en términos de calidad y el mejor método para capturar una imagen es digitalizar la señal de salida de una cámara de video de consumo. Pero al mismo tiempo, los costos de los circuitos siguen siendo significativos. Dado que requiere un convertidor de digital a analógico de alta velocidad, un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad y una interfaz adecuada para una computadora personal. Para experimentos de aficionados, este es un camino bastante costoso. Una cámara transmisora de televisión con una interfaz de computadora es demasiado costosa y puede socavar significativamente el presupuesto del radioaficionado. La salida de esta situación fue el uso poco convencional de un cristal de memoria dinámica. Resulta que la DRAM se puede utilizar como un sensor óptico sensible. Hace algunos años, Micron Technology (un fabricante estadounidense de circuitos integrados en un solo cristal) lanzó una versión especial de 64k-DRAMS con una ventana de control, que se vende como un sensor de imagen. Dado que se conoce la geometría del cristal en el microcircuito, con un poco de esfuerzo fue posible hacer una cámara de video. Desafortunadamente, estos chips ya no se vendieron, lo que fue un obstáculo para la creación de una cámara de computadora. Sin embargo, desarmé una placa de computadora con chips de memoria DRAMS, que tenía una caja de cerámica con una tapa de metal. Retiré la cubierta de metal con bastante rapidez, debajo había un vidrio protector. ¿Qué hacer a continuación? Para continuar con éxito el experimento, se decidió utilizar el puerto paralelo de una computadora personal, que era el más adecuado para la entrada/salida de información. Se escribieron dos pequeños programas ensambladores para el control. Y - ¡oh, un milagro! - después de varias pruebas, se pudo ver algún tipo de imagen en la pantalla de la computadora. ¿Como funciona? 64k-DRAM contiene 65536 celdas de memoria, que están dispuestas en una matriz de acceso convencional. En este caso, usamos el chip D4164 de NEC, que son cuatro matrices de 64x256 celdas de memoria. Cada celda de memoria consta de un capacitor y transistores complementarios. Un condensador almacena información en forma de carga eléctrica. Los transistores complementarios acceden (conmutan) este capacitor.
Si se selecciona una fila de la matriz, luego, al cambiar a su vez, los 256 transistores complementarios de esta fila conectan el capacitor (celda) deseado a uno de los 256 amplificadores. Si el voltaje en el amplificador está por encima de cierto nivel, se supone que es un 1 lógico; de lo contrario, la salida del amplificador será un 0 lógico. Contando uno de los 256 amplificadores en esta fila (es decir, eligiendo la columna dirección), seleccionamos la señal deseada en la DRAM de salida. Dado que los condensadores del chip de memoria tienen fugas (se descargan lenta pero inevitablemente), deben regenerarse (recargarse) constantemente para no perder su información. Si dejan de regenerarse, luego de un tiempo la carga en la celda del condensador desaparecerá y el bit correspondiente se invertirá. Al iluminar (exponer) el capacitor, se mejorará este efecto, el capacitor se descargará mucho más rápido, el resultado será un intercambio de un poco de información. El tiempo de descarga del condensador será el valor principal de la intensidad de la luz en esta celda de memoria. Para usar este efecto, se requieren los siguientes pasos: - En primer lugar, se cargan todos los condensadores de memoria. - Luego, durante algún tiempo, las celdas de memoria son irradiadas. - Todas las celdas de memoria son interrogadas y analizadas. Cada celda (fotocélula) se visualiza para la inversión del estado inicial, que se considerará como una llamarada. DRAM es un chip de memoria, por lo que la asignación de direcciones lógicas debe coincidir con la ubicación física en el chip. Para conocer esta distribución es necesario realizar varias pruebas. En un chip DRAM, cuyas direcciones de celda constan de dos componentes: direcciones de fila y direcciones de columna, se puede suponer que están ubicadas de la misma manera en la estructura física del cristal. Al final resultó que, este es realmente el caso, es decir, las direcciones de filas lógicas corresponden a filas físicas y las direcciones de columnas lógicas corresponden a columnas físicas. Las direcciones lógicas dentro de una línea corresponden, por supuesto, no a una ubicación física en una celda de memoria en un circuito integrado en un solo cristal. En la imagen procesada, esta distribución errónea es visible con filas y columnas reorganizadas. La reorganización de los bits de la dirección permite eliminar este defecto, pero, sin embargo, aquí todavía se necesita un enfoque experimental. La geometría de los circuitos integrados en un solo cristal de varios fabricantes puede ser diferente. Por lo tanto, el programa de control funciona correctamente solo con chips NEC tipo 4164. Para otros chips de memoria, pueden ocurrir errores, pero conociendo el principio de control, puede corregir el resultado. Ahora quedará claro que nuestro circuito integrado en un solo cristal consta de cuatro matrices que se encuentran una al lado de la otra. Las dos matrices extremas están separadas de las dos intermedias por espacios relativamente grandes; esto introduce algunos errores en la imagen. En estos huecos es probablemente la lógica de decodificación. Las dos matrices intermedias están separadas por un espacio mucho más pequeño para que puedan verse como una matriz de 128x256. Sobre esta base, solo dos matrices intermedias se utilizan como sensores. Una mirada a través de una lupa a un microcircuito define claramente la estructura de la matriz del cristal.
Ahora necesita enfocar con precisión la lente. En un examen más detallado, llama la atención que todavía hay algunas filas y columnas reorganizadas. Dos líneas se muestran correctamente, las dos siguientes se intercambian entre sí. La operación de lectura del contenido de las celdas corrige este defecto. Luego hay otra corrección de las direcciones de las columnas, de las cuales cuatro se leen correctamente y las otras cuatro están en orden incorrecto. Establecer la distribución correcta no siempre es fácil, ya que requiere una óptica integrada sólida y un enfoque muy preciso de la imagen. ¡El patrón es claramente visible solo cuando la distribución es correcta! Lo mejor es empezar a probar con una superficie blanca sobre la que se colocan y mueven los objetos oscuros. La observación cuidadosa, el enfoque preciso de la lente y un poco de paciencia ayudarán a reconocer fallas graves (desajustes) y luego revelar las características del circuito integrado en un solo cristal. Las inexactitudes graves se reconocen con la ayuda de líneas negras, se localizan en el cristal y se toman bajo control. Para usar el puerto paralelo de una computadora personal para conectar un chip DRAM, se requieren algunas modificaciones. El puerto de la impresora contiene condensadores paralelos y resistencias en serie equivalentes que suavizan los flancos rápidos de la señal del reloj; no necesitamos estos elementos en este caso, por lo que deben eliminarse.
En una placa típica altamente integrada, los módulos individuales están conectados directamente mediante salidas CMOS a los puertos de la impresora en un bus de baja carga, por lo que debe haber un controlador de búfer bidireccional. Ahora, usando un cable, conecte el puerto paralelo al zócalo en el que se instalará el chip DRAM. Los zócalos de este panel deben tener buenos contactos (preferiblemente dorados) y soportar repetidos reemplazos, ya que deberá seleccionar el microcircuito necesario. También es necesario sacar una toma de corriente separada para el microcircuito, ya que aquí no se puede usar el voltaje en la salida del puerto LPT. ¡La impresora, sin embargo, ahora no se puede conectar allí! El condensador de desacoplamiento entre el pin 8 y el pin 16 de la DRAM también es muy importante, ya que allí fluye una corriente eléctrica bastante alta (alrededor de 100 mA) cuando se enciende. Este condensador está soldado directamente al zócalo del IC (¡observe la polaridad! El pin 8 es de +5 voltios, el pin 16 está conectado a tierra). ¡Nada funciona sin este condensador! Diseño mecánico de óptica integrada La superficie útil del chip chip NEC 4164 es de aproximadamente 1,2x6 mmXNUMX, si rechazamos las dos matrices extremas. La óptica integral debe implementarse y seleccionarse en base a este hecho. Una lente de 8 mm corresponde a aproximadamente una lente estándar de 50 mm en una cámara de formato pequeño. También se tienen en cuenta lentes con distancias focales de 5 a 35 mm. Esta óptica se amortiza con el uso posterior. Usamos la lente mencionada de una cámara Super-8 (distancia focal f = 25 mm). Es mejor usar lentes de tiro corto, como los de las viejas cámaras de película delgada, una cámara de TV de consumo defectuosa, etc. En las tiendas y estudios fotográficos de comisión, espero que le ofrezcan una lente adecuada. Pero incluso sin una lente de alta calidad, se pueden lograr buenos resultados con una simple lente de tiro corto. La calidad de la imagen de la lente no debe ser inferior a la imagen recibida de la lente. Después de todo, está proyectando una imagen en un chip de microcircuito, que no admite alta resolución como en una película. No podemos dar aquí una solución estándar para la colocación y el diseño del sistema óptico debido a la gran variedad de lentes y su instalación frente al chip. Solo es necesario tener en cuenta el centrado preciso de la óptica integral para que la imagen se enfoque con precisión en el cristal. Sensibilidad a la luz El circuito integrado en un solo cristal no proporciona una alta sensibilidad a la luz, por lo que los tiempos de exposición del cristal son más largos que los de una cámara de video CCD real. La velocidad de movimiento de los objetos fijos depende de la iluminación y oscila entre cientos y 20 segundos. No son posibles tiempos más largos, de lo contrario la imagen es muy "ruidosa" (borrosa). Durante este período de exposición bastante largo, es recomendable tener un trípode para su diseño. Además, sus manos deben estar libres para corregir el tiempo de exposición trabajando en el teclado de la computadora y grabando las imágenes exitosas. Se observa que el cristal del chip DRAM es más susceptible al espectro rojo del rango óptico que al azul, puede tener una buena sensibilidad espectral en el espectro de radiación infrarroja (invisible). Software La inicialización y lectura del chip de memoria se realiza mediante programas ensambladores que se insertan en programas Turbo-Pascal. Inicialización El procedimiento INITRAM inicializa el circuito integrado. Dado que la presencia de una carga en las celdas de memoria del chip NEC 4164 corresponde a un "1" lógico, entonces "1" está escrito previamente en todas las celdas. Se necesitan varias señales de reloj complejas para controlar el chip DRAM.
Primero, el contador de dirección de línea se establece en la entrada de dirección del microcircuito. En este caso, la entrada RAS se establecerá en "0": se permite establecer la dirección de la línea. A continuación, se proporciona la dirección de la columna, la entrada Din se establece en el valor deseado (en nuestro caso, todas las celdas se establecen en "1"), luego la entrada CAS se establece en "0". La DRAM ahora ha recibido la dirección de la columna y los bits de datos. Este proceso se repite para todas las 32768 memorias; ahora el chip DRAM está inicializado, todos los condensadores están cargados (escrito "1"). Luego pasa un cierto período de tiempo, durante el cual se irradia el cristal de la memoria del chip. Cuando expira este tiempo, se lee la información de las celdas de memoria, mientras que las celdas resaltadas cambiarán de estado (los capacitores iluminados se descargarán más rápido). Leer información La lectura de la información del cristal de la memoria se realiza mediante el procedimiento LESERAM. Esto sucederá de la misma forma que en el procedimiento INITRAM. El contenido de cada celda de memoria se almacenará para convertirlo en una imagen. En este caso, se corrigen los errores locales. En consecuencia, cada 8 bits se combinan en bytes. Se necesitan 4096 bytes para crear una imagen porque solo se usa la mitad del chip de memoria. Estos datos se pasarán al programa principal. El programa de corrección iguala la diferente sensibilidad de los píxeles individuales. (Las celdas de memoria en los bordes del sensor son más sensibles que la zona central). Como hay un pequeño espacio entre ambas matrices intermedias (¡para NEC 4164!), también hay un segundo programa de corrección. Separa ambas mitades de la imagen en 5 píxeles y llena racionalmente el espacio resultante. En algunos casos, es más racional abandonar esta corrección o mejorar el algoritmo de procesamiento. Tres programas INITRAM (inicialización), LESERAM (lectura) y corrección están contenidos en el procedimiento de "Exposición" y son necesarios para crear el intervalo de tiempo para irradiar la matriz y registrar la información de la imagen. El procedimiento "ANZEIGE" (INDICACIÓN) se utiliza para mostrar rápidamente una imagen de una tarjeta VGA. En este caso, la información sobre la imagen se ingresa directamente en la memoria de video, lo que acelera significativamente el resultado. Desafortunadamente, las distancias verticales de las celdas de memoria individuales se duplican, lo que se explica por el procedimiento de compensación en el programa de visualización. Si se utilizan otros adaptadores de pantalla, es posible que sea necesario ajustar esta rutina. Los procedimientos "SPEICHERN" (Escritura) y "LESEN" (Lectura) escriben y guardan respectivamente la imagen en formato BMP y la descargan en el disco duro. Otros programas Los programas discutidos anteriormente son utilizados por otros programas de aplicación. El programa "KUCCUCK" es el más importante de todos; graba imágenes individuales así como series de imágenes con 2, 4 o 10 niveles de brillo. La imagen actual siempre está en el monitor y se puede grabar con la barra espaciadora. En principio, la cámara, por supuesto, solo puede tomar imágenes con 2 niveles (blanco y negro), sin embargo, es posible exponer repetidamente una imagen con medios tonos (escala de grises).
Las exposiciones únicas de imágenes de medios tonos se escriben secuencialmente en archivos (.3" y ".9", respectivamente) y luego se convierten para su posterior procesamiento con los programas "Grau3", "Grau4" y "Dither": "Grau3" produce 3 exposiciones únicas de un mapa de bits con 4 niveles de brillo. (4 bits por píxel de información, utilizando solo los colores 0, 7, 8 y 15 y, respectivamente, los niveles de negro, gris claro, gris oscuro y blanco. Para un procesamiento rápido en pantalla de imágenes de medios tonos, se necesita otra conversión: la El programa "Grau4" convierte los mismos datos de entrada de la misma manera que "Grau3", pero en un formato diferente. El programa "Dither" convierte nueve exposiciones individuales para un archivo ".9" en una imagen en blanco y negro (respectivamente 3 veces el ancho y la altura del original). Como resultado de las exposiciones, cada píxel de las nueve imágenes de cada punto creará una matriz de distribución aleatoria de 3x3 píxeles. El programa "FilmAb" (Videoclip) se utiliza para visualizar las secuencias de imágenes creadas, que a su vez fueron creadas por el programa "KUCCUCK". De esta forma, se pueden crear "videoclips" cortos con 2 o 4 niveles de brillo y se puede elegir el orden de visualización en cualquier orden. Dado que el formato de 128x256 píxeles resulta ser bastante grande, especialmente la longitud de las líneas es el doble que las columnas, puede usar el "medio formato" con una resolución de 128x128 píxeles. En primer lugar, al ejecutar el programa "FilmAb" (videoclip), debe cargar racionalmente esta opción para ahorrar espacio en el disco. Las imágenes individuales resultantes pueden ser procesadas por programas de Windows como Paintbrush. Lista de procedimientos y programas individuales: - VIDEO.INC contiene procedimientos de alto nivel: - INITRAM, INITRAM2: Inicialización del chip D4164 en formato full y half respectivamente. - LESERAM, LESERAM2: Leer información de la imagen. - ANZEIGE: entrada rápida a tarjeta VGA. - LESEN: archivo de mapa de bits con 2 colores, 128x256 y 128x128 píxeles. - SPEICHERN: datos de mapa de bits, formato como leído - KUCKUCK: Grabación en dos formatos - 2, 4 o 10 niveles de brillo. - GRAU3: Genera un archivo BMP de 4 colores a partir de 3 exposiciones únicas (".3" -> ".BMP"). - GRAU4: Se generan datos con información para 4 bits de tarjeta VGA (".3" -> ".4"). - DITHER: Se crean imágenes de 9 colores (".2" -> ".BMP") a partir de 9 exposiciones individuales. - FILMAB: se fusionan mapas de bits de 2 o 4 colores en una película (con un nombre: "nombre. BMP"). Literatura: - Ram óptico Datenblatt IS 32, tecnología Micron Un conjunto de documentación original en un archivo. kuckuck.zip (283 kB) Nota del traductor Este trabajo, a juzgar por la fecha en que se crearon los archivos, fue escrito en 1992, cuando incluso 486 computadoras eran algo genial. Es posible que deba ajustar el software para las PC modernas. Puede resultar que no haya que modificar el puerto paralelo de la computadora (no quiero perder mi impresora :-). En cuanto a los microcircuitos utilizados: - aparentemente no será fácil encontrar NEC DRAM (todavía no he encontrado uno en mi basura), y es posible que el MS de otra compañía no contenga una tapa de metal. ¿Cómo entonces llegar al cristal? En general, mi opinión es que este artículo es solo un punto de partida para experimentar con este interesante problema. В archivo fuente hay algunos archivos de texto más. Intentaré traducirlos también. Autor: Martin Kurz, traducido por Nikolai Bolshakov, rf.atnn.ru
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