จะทำให้วงจรหน่วยความจำถาวร 1 บิตเป็นอย่างไร

ฉันต้องการสร้างวงจรอย่างง่ายในการจัดเก็บหรือบันทึกข้อมูล 1 บิต วงจรควรสามารถจำสถานะของ LED (หรือปิด) แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟจะถูกตัดการเชื่อมต่อจากวงจร ฉันต้องการมันเพื่อทำงานเหมือนฮาร์ดไดรฟ์หน่วยความจำแฟลชหรือการ์ดหน่วยความจำ SD ของโทรศัพท์มือถือ

ฉันทำวงจรตามที่แสดงในภาพเอาต์พุตเป็น LED ในซีรีย์ที่มีตัวต้านทาน 470 โอห์ม ฉันใช้ปุ่มพุ่มไม้สองปุ่มเพื่อชาร์จหรือคายประจุตัวเก็บประจุดังนั้นไฟ LED เอาต์พุตจะเปิดหรือปิด

หลังจากตัดการเชื่อมต่อของแหล่งจ่ายหรือปิดไฟฟ้าแล้ววงจรก็สามารถจดจำสถานะของ LED ได้สองสามนาที

หลังจาก 2 หรือ 3 นาทีตัวเก็บประจุจะปล่อยประจุจนหมดและวงจรสูญเสียข้อมูล

ฉันจะหยุดตัวเก็บประจุไม่ให้คายประจุได้อย่างไร หรือฉันจะทำให้อัตราการคายประจุช้าลงเพื่อให้วงจรสูญเสียข้อมูลหลังจากผ่านไปหนึ่งสัปดาห์หรือมากกว่า?

ในวงจรนี้ฉันใช้ 555 เป็นอินเวอร์เตอร์ (ไม่ใช่ประตู) แต่ฉันอาจใช้ไอซีตัวอื่น ๆ ได้เป้าหมายของฉันคือการสร้างหน่วยความจำถาวรแบบง่าย

เดิมอิเล็กทรอนิกส์หน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนนั้นใช้แกนเฟอร์ไรต์ ในขณะที่มันค่อนข้างง่ายที่จะดึงดูดแกนกลางดังกล่าวในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่งเพื่อเก็บหนึ่งหรือศูนย์ แต่ก็ต้องใช้วงจรที่ซับซ้อนพอสมควรในการอ่านกลับได้อย่างน่าเชื่อถือ

ชิปแบบไม่ลบเลือนที่ทันสมัยต้องใช้ที่เก็บประจุ แต่เพื่อที่จะทำให้งานนี้คุณต้องสามารถสร้างตัวเก็บประจุที่ไม่มีการรั่วไหลเป็นศูนย์และวิธีอ่านค่าใช้จ่ายนั้น สิ่งนี้สามารถทำได้ในบริบทของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ตัวเก็บประจุเป็นชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของโลหะ ("ประตูลอย") ที่ห่อหุ้มอย่างสมบูรณ์ในแก้ว (ซิลิกอนไดออกไซด์) และอ่านได้จากอิทธิพลของมันต่อทรานซิสเตอร์ใกล้เคียง .

อีกทางเลือกหนึ่งคือ ferrorelectric RAM (FRAM) ซึ่งใช้วัสดุอิเล็กทริกพิเศษที่มีสถานะโพลาไรเซชันที่แตกต่างกันสองสถานะ นี่ใช้งานได้กับไมโครอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น

ดังนั้นคุณต้องเลือกปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่น ๆ เพื่อเก็บข้อมูลของคุณ ทางเลือกหนึ่งที่ชัดเจนคือรีเลย์แบบล็อคซึ่งเก็บข้อมูลไว้ในตำแหน่งทางกายภาพของเกราะซึ่งมีอยู่สองตำแหน่งด้วยแม่เหล็กถาวรหรือสปริง ตำแหน่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการใช้กระแสพัลส์ที่ค่อนข้างสั้นและการอ่านค่าสามารถทำได้โดยแนบหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเข้ากับกระดอง

ทำวงจรที่เหวี่ยงสวิตช์เชิงกลเช่น กล่องไร้ประโยชน์ วงจรจะต้องถูกขับเคลื่อนเพื่อเปลี่ยน / อ่านสถานะ แต่มันจะเก็บไว้ในระหว่าง

วิธีแก้ปัญหาอย่างง่ายจะเป็นคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็กเช่นPIC12F635ซึ่งมีอยู่ในแบบ 8 พินหรือเล็กกว่าและมีวงจรนาฬิกาและวงจรรีเซ็ตแบบบราวน์เอาท์ในตัว การเก็บรักษา)

รหัสที่ต้องการไม่มากโครงการเริ่มต้นที่ดี

ส่วนภายนอกที่จำเป็นเท่านั้นจะเป็นตัวเก็บประจุบายพาสและตัวต้านทาน จำกัด กระแสสำหรับ LED

ทางออกที่ง่ายที่สุดน่าจะเป็นรีเลย์แบบล็อค 2 ขด

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่บริสุทธิ์จะไม่สร้างเซลล์หน่วยความจำถาวร แต่การชาร์จในตัวเก็บประจุสามารถเข้าใกล้ได้ (จะต้องรีเฟรชปกติ) หน่วยความจำ EEPROM / แฟลชขยายข้อกำหนดนี้ไปเป็น 10 ปีดังนั้นเพื่อการใช้งานจริงจึงเรียกว่าถาวร แต่นี่ไม่ใช่สิ่งที่คุณเข้าถึงทำกับส่วนประกอบทั่วไป

หน่วยความจำถาวรจริงใช้ปรากฏการณ์ bi-stable ทางกายภาพ การดึงดูดของแกนเฟอร์ไรต์ที่ Menioned โดย Dave ถูกใช้อย่างกว้างขวาง (เคยได้ยินเรื่อง 'core dump' หรือไม่) รีเลย์สองตัว (หรือล็อค) ที่กล่าวถึงโดย helloworld922 ใช้งานง่ายขึ้น

เมื่อคุณดูวิธีการทำสิ่งนี้ในคอมพิวเตอร์ยุคแรกคุณต้องตระหนักว่ามีความสมดุลระหว่างความซับซ้อนของเซลล์เดียวและความซับซ้อนของวงจรการขับขี่ แกนเฟอร์ไรต์นั้นง่ายมาก แต่การขับขี่และโดยเฉพาะอย่างยิ่งวงจรการอ่านข้อมูลมีความซับซ้อนมาก สำหรับรีเลย์แบบไบ - เสถียรมันเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม: รีเลย์นั้นค่อนข้างซับซ้อนต่อบิต แต่วงจรควบคุมนั้นง่ายมาก

จุดประสงค์ของคุณคืออะไร

• หากคุณต้องการสร้างเซลล์เดียวเพื่อความสนุกของมันให้ใช้รีเลย์ที่มีความเสถียร

• หากคุณต้องการสาธิตวิธีการใช้งานจริง (DRAM / Flash) โดยไม่ต้องใช้งานจริงให้ใช้การชาร์จที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุและรีเฟรชอย่างสม่ำเสมอ

• หากคุณต้องการทำสิ่งที่เป็นประโยชน์ให้ใช้ตัวควบคุมขนาดเล็กที่มี EEPROM ในตัว (หรือสามารถตั้งโปรแกรม FLASH ได้ด้วยตนเอง)

ฟิวส์ อาจเป็นเรื่องน่ารำคาญที่จะเปลี่ยนบ่อยครั้งดังนั้นคุณสามารถอัปเกรดเป็นเบรกเกอร์ได้

แนวทางปฏิบัติ:

รีเลย์ latching ดังที่ @DaveTweed พูดถึงนั้นเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด

หากคุณต้องการวิธีการแก้ปัญหาของรัฐที่มั่นคงคุณสามารถใช้หน่วยความจำที่อินเตอร์เฟซแบบขนาน IC ชอบสิ่งนี้ คุณสามารถผูกบรรทัดที่อยู่กับที่อยู่คงที่และใช้เพียงหนึ่งในสายข้อมูล คุณจะต้องใช้ตรรกะกาวเพิ่มเติม

โซลูชันที่น่าสนใจ:

หากคุณกำลังมองหาโครงการที่จะสาธิตหน่วยความจำคุณสามารถใช้โซลินอยด์กับแกนฮีสเทติติกได้ ทำให้แกนกลางอิ่มตัวในทิศทางเดียวเพื่อเก็บ 1, อิ่มตัวในทิศทางอื่นเพื่อเก็บ 0 ที่ดูแลการเขียน

จากนั้นติดที่อยู่เหนือเซ็นเซอร์เช่นเซ็นเซอร์ฮอลล์นี้ จากนั้นคุณสามารถดูขั้วของสนาม remanentด้วยเซ็นเซอร์ฮอลล์ (เพียงตัวเปรียบเทียบแบบอะนาล็อก) เพื่อกำหนดสถานะ

จากคำตอบฟิวส์ / เบรกเกอร์ที่กำหนดโดย William Price เป็นทางออกที่ชัดเจนที่สุด:

สวิตช์

ใช้โคมไฟ เสียบมันเปิด ถอดปลั๊กออก ย้ายไปที่ฮาวาย เสียบเข้าไป.
มันจะเปิดกลับ

ปิดมัน. ถอดปลั๊กออก นำกลับบ้าน เสียบ
เข้ามันยังคงปิดอยู่

หากคุณต้องการให้คอมพิวเตอร์เปิดใช้งาน / ปิดใช้งาน LED แสดงว่าไม่มีประโยชน์อะไร อย่างไรก็ตามหากคุณใช้สวิตช์สลับปุ่มกดและโซลินอยด์ที่ทำงานด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์คุณสามารถทำงานให้เสร็จได้ กดปุ่มเพื่อเปิดไฟ LED จะเปิดใช้งานโซลินอยด์ LED จะเปิด กดอีกครั้ง LED ดับ ถอดปลั๊กออกและปุ่มยังคงเปิดหรือปิดโดยอัตโนมัติ

หากคุณต้องการที่จะรักษาความชัดเจนว่า "ถ้าเปิดอยู่แน่นอนนี่คือฟังก์ชั่นปิด" (แทนการสลับ) คุณสามารถมีปุ่มด้านบนเปิดใช้งานโซลินอยด์ตัวหนึ่งซึ่งกดที่ด้านบนของสวิตช์แบบพลิก จากนั้นปุ่มด้านล่างจะเปิดใช้งานโซลินอยด์ที่สองที่กดด้านล่างของสวิตช์พลิก

การไม่พูดว่านี่เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการทำจากระยะไกล แต่มันใช้งานได้

วิธีแก้ปัญหาองค์ประกอบเดียวที่ง่ายที่สุดจะเป็นการถ่ายทอดความเสถียรแบบสองทาง และคุณจะต้องมีตัวต้านทานเพื่ออ่านสถานะ

คุณสามารถใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สร้างขึ้นใน EEPROM PIC16F84Aแบบ 8 บิตมี EEPROM 64 ไบต์ซึ่งดีสำหรับ 10,000,000 และอย่างน้อย 1,000,000 การเขียนไปยังแต่ละไบต์ PIC ที่เลือกไว้ในคำตอบอื่น PIC12F635 มี EEPROM 128 ไบต์และความอดทนต่อไบต์ที่ 100,000 เขียน PIC24F16KA102ประมวลผล 16 บิตมี 512 ไบต์ของ EEPROM และยังมีความอดทนไบต์ 100,000 เขียน

OP ไม่ได้ระบุความถี่ของ LED ที่จะกระพริบ สำหรับวัตถุประสงค์ของการสนทนานี้ให้สมมติว่าเป็นสี่ครั้งต่อนาที

ในหนึ่งปีมันจะกะพริบ

ตั้งแต่ EEPROM ความต้องการที่จะจับภาพทั้งที่ผ่านมาและปิดเหตุการณ์แล้วมันจะถูกเขียนไปจำนวนสองเท่าหรือประมาณ4,200,000 ครั้ง ในห้าปีนี่คือ21 ล้านครั้ง

เห็นได้ชัดว่านี่จะเกินข้อกำหนดของ EEPROM ใด ๆ ที่ฉันสร้างไว้ในไมโครคอนโทรลเลอร์

แต่มีวิธีแก้ปัญหาง่าย ๆ สำหรับสิ่งนี้ แทนที่จะใช้ไบต์เดียวกันซ้ำไปซ้ำมาเพื่อติดตามสถานะเปิดหรือปิดหนึ่งสามารถใช้อาร์เรย์ไบต์ซึ่งเติมเต็มชิปทั้งหมด

คุณต้องการสองไบต์สำหรับแต่ละองค์ประกอบในอาร์เรย์ ดังนั้น EEPROM 64 ไบต์เช่นเดียวกับใน PIC16F84A จึงสามารถเก็บองค์ประกอบได้ 32 องค์ประกอบ ทุกครั้งที่คุณเขียนไปยัง EEPROM คุณเขียน 0 ถึงไบต์สถานะ (หมายถึงองค์ประกอบนี้มีข้อมูล) และ 0 ถึงไบต์ข้อมูล (LED ถูกปิดล่าสุด) หรือ 0xFF (LED ติดอยู่) ในครั้งต่อไปที่คุณเข้าถึง EEPROM คุณจะสร้างดัชนีผ่านองค์ประกอบต่างๆจนกว่าคุณจะพบสิ่งที่มีไบต์สถานะ 0xFF จากนั้นใช้องค์ประกอบนั้น หากไม่มีใครเหลือให้เริ่มต้น EEPROM อีกครั้งและเริ่มต้นใหม่ (สำหรับ PIC ที่ต่ำสุดนั่นหมายถึงการเขียน 0xFF's ไปยังแต่ละไบต์สถานะสำหรับ PIC24 จะมีคำสั่งให้ลบ EEPROM ทั้งหมด) หากคุณจำเป็นต้องรู้สถานะสุดท้ายของ LED คุณจะทำดัชนีผ่านอาร์เรย์เหมือน แต่ก่อนกลับไปองค์ประกอบหนึ่งแล้วอ่านข้อมูลไบต์

สิ่งนี้จะแบ่งจำนวนการเข้าถึงไปยังไบต์เดียวด้วยปัจจัย 16 สำหรับ PIC16F84A (16 และไม่ใช่ 32 เนื่องจากแต่ละไบต์สถานะถูกเขียนเป็นสองเท่า) ดังนั้นจะสามารถจัดการกับการเขียนทั้งหมด 16 ล้านชุดซึ่งเพียงพอสำหรับข้อมูลเกือบสี่ปี และ PIC12F635 ที่มี EEPROM ที่ใหญ่กว่า แต่ความอดทนต่อไบต์ที่น้อยกว่า 100K จะสามารถจัดการกับการเขียนทั้งหมด 3.2 ล้านชุดซึ่งเพียงพอสำหรับเก้าเดือน

PIC24F16KA102 ที่มี EEPROM 512 ไบต์และคุณสมบัติการลบจำนวนมากจะสามารถจัดการการเขียน 25.6 ล้านครั้งซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานมานานกว่าห้าปี

หากอัตราการกะพริบเพียงสี่ครั้งต่อชั่วโมงแทนที่จะเป็นสี่ครั้งต่อนาทีนั่นหมายความว่ามีการเขียน 70,080 ครั้งต่อปี แม้แต่ PIC12F635 ที่มีความทนทานถึง 100,000 เขียนต่อไบต์ก็จะมีอายุ 45 ปี!

นี้อาจจะเป็นข้อเสนอแนะที่ไร้เดียงสามาก ... แต่วิธีการเกี่ยวกับเกี่ยวกับการสร้างทรานซิสเตอร์ต่ำขับเคลื่อนสลักขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ปุ่ม จากนั้นใช้การส่งออกจากที่ฟีดเป็น OP-แอมป์ที่มีแรงผลักดันจากแหล่งจ่ายไฟ ด้วยวิธีนี้คุณจะปลดแบตเตอรี่ปุ่มของสายการป้อนข้อมูลที่มีประโยชน์ออกมา คุณไม่สามารถใช้สิ่งนั้นได้ในขณะที่ปิดเครื่องใช่มั้ย

แก้ไข: ยัง - ตามความคิดเห็นด้านล่าง - แนะนำให้ทำเพื่อให้สลักถูกแยกออกจาก OP-amp ถ้าแหล่งจ่ายหายไป รีเลย์ชนิดใด ๆ หรือวงจรเทียบเท่าที่ป้อนโดยแหล่งจ่ายควรทำงานที่นั่นได้

เมื่อพิจารณาว่านาฬิกาข้อมือแบบธรรมดาสามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบปุ่มเป็นเวลาหลายปีการเปิดปิดสลักแบบเรียบง่ายควรให้อายุการใช้งานต่อแบตเตอรี่ที่ยาวนานเป็นทศวรรษ คุณสามารถใส่แบตเตอรี่สองก้อนในแบบคู่ขนานเพื่อให้คุณสามารถสลับแบตเตอรี่ได้ครั้งละหนึ่งก้อนโดยไม่ทำให้ข้อมูลสูญหาย

CPLD ขนาดเล็กสามารถตั้งโปรแกรมให้ขับเคลื่อนโปรโตคอลที่จำเป็นในการเขียนชุดของค่าอย่างง่ายไปยังบัส I2C

NXP สร้างช่วงของความทรงจำที่มีขนาดเล็กมากโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อแทนที่สวิตช์แบบจุ่มเช่น PCA8550 / PCA9561

รวมทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันและคุณมีสวิตช์โซลิดสเตตขนาดเล็กมากซึ่งจะจำสถานะของมันได้