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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Puce de mémoire dynamique DRAM - comme caméra vidéo. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technologie digitale La saisie d'images dans un ordinateur et son traitement numérique ultérieur d'une manière ou d'une autre nécessitent des investissements assez importants. L'appareil le plus cher ici est peut-être une caméra vidéo, dont le signal est lu, stocké et numérisé par un ordinateur. Le plus cher, mais en termes de qualité et la meilleure méthode pour capturer une image consiste à numériser le signal de sortie d'une caméra vidéo grand public. Mais en même temps, les coûts des circuits ici sont encore importants. Puisqu'il nécessite un convertisseur numérique-analogique à grande vitesse, un périphérique de stockage à grande vitesse et une interface appropriée avec un ordinateur personnel. Pour les expériences amateurs, c'est un chemin assez coûteux. Une caméra émettrice de télévision avec une interface informatique coûte trop cher et peut considérablement miner le budget du radioamateur. Le moyen de sortir de cette situation était l'utilisation non conventionnelle d'un cristal de mémoire dynamique. Il s'avère que la DRAM peut être utilisée comme capteur optique sensible. Il y a quelques années, Micron Technology (un fabricant américain de circuits intégrés sur monocristal) a sorti une version spéciale de 64k-DRAMS avec une fenêtre de contrôle, qui est vendue comme capteur d'image. La géométrie du cristal dans le microcircuit étant connue, il a été possible de fabriquer une caméra vidéo avec un certain effort. Malheureusement, ces puces n'étaient plus vendues, ce qui était un obstacle à la création d'une caméra informatique. Cependant, j'ai démonté une carte d'ordinateur avec des puces de mémoire DRAMS, qui avait un boîtier en céramique avec un capuchon en métal. J'ai retiré le couvercle métallique assez rapidement, sous celui-ci se trouvait une vitre de protection. Que faire ensuite? Pour poursuivre avec succès l'expérience, il a été décidé d'utiliser le port parallèle d'un ordinateur personnel, qui était le mieux adapté pour les informations d'entrée/sortie. Deux petits programmes assembleur ont été écrits pour le contrôle. Et - oh, un miracle ! - après plusieurs tests, une sorte d'image pouvait être vue sur l'écran de l'ordinateur. Comment ça marche? 64k-DRAM contient 65536 cellules de mémoire, qui sont disposées dans une matrice d'accès conventionnelle. Dans ce cas, nous avons utilisé la puce D4164 de NEC, qui est composée de quatre matrices de 64x256 cellules mémoire. Chaque cellule mémoire est constituée d'un condensateur et de transistors complémentaires. Un condensateur stocke des informations sous la forme d'une charge électrique. Des transistors complémentaires accèdent (commutent) à ce condensateur.
Si une ligne de la matrice est sélectionnée, la commutation à tour de rôle des 256 transistors complémentaires de cette ligne connecte le condensateur (cellule) souhaité à l'un des 256 amplificateurs. Si la tension dans l'amplificateur est supérieure à un certain niveau, on suppose qu'il s'agit d'un 1 logique, sinon la sortie de l'amplificateur sera un 0 logique. En comptant l'un des 256 amplificateurs de cette rangée (c'est-à-dire en choisissant la colonne adresse), nous sélectionnons le signal souhaité à la sortie DRAM. Comme les condensateurs de la puce mémoire fuient (se déchargent lentement mais inévitablement), ils doivent être constamment régénérés (rechargés) pour ne pas perdre leurs informations. S'ils arrêtent de se régénérer, la charge dans la cellule du condensateur disparaîtra au bout d'un moment et le bit correspondant sera inversé. En éclairant (exposant) le condensateur, cet effet sera renforcé, le condensateur se déchargera beaucoup plus rapidement, le résultat sera un retournement d'un peu d'information. Le temps de décharge du condensateur sera la valeur principale de l'intensité lumineuse dans cette cellule mémoire. Pour utiliser cet effet, les étapes suivantes sont nécessaires : - Tout d'abord, tous les condensateurs de mémoire sont chargés. - Puis, pendant un certain temps, les cellules mémoires sont irradiées. - Toutes les cellules mémoire sont interrogées et analysées. Chaque cellule (cellule photoélectrique) est visualisée pour inversion de l'état initial, qui sera considérée comme une éruption. La DRAM étant une puce mémoire, l'allocation d'adresse logique doit correspondre à l'emplacement physique sur la puce. Pour connaître cette distribution, il est nécessaire d'effectuer plusieurs tests. Dans une puce DRAM, dont les adresses de cellule sont constituées de deux composants - les adresses de ligne et les adresses de colonne, on peut supposer qu'elles sont situées de la même manière dans la structure physique du cristal. Il s'est avéré que c'est en fait le cas, c'est-à-dire les adresses de lignes logiques correspondent à des lignes physiques et les adresses de colonnes logiques correspondent à des colonnes physiques. Les adresses logiques à l'intérieur d'une ligne ne correspondent bien sûr pas à un emplacement physique dans une cellule mémoire d'un circuit intégré sur un monocristal. Dans l'image traitée, cette distribution erronée est visible avec des lignes et des colonnes réarrangées. Le réarrangement des bits de l'adresse permet d'éliminer ce défaut, mais, néanmoins, une approche expérimentale est encore nécessaire ici. La géométrie des circuits intégrés sur un monocristal de différents fabricants peut être différente. Par conséquent, le programme de contrôle fonctionne correctement uniquement avec les puces NEC de type 4164. Pour les autres puces mémoire, des erreurs peuvent se produire, mais connaissant le principe de contrôle, vous pouvez corriger le résultat. Maintenant, il sera clair que notre circuit intégré sur un monocristal se compose de quatre matrices côte à côte. Les deux matrices extrêmes sont séparées des deux moyennes par des écarts relativement importants ; cela introduit quelques erreurs dans l'image. Dans ces lacunes se trouve probablement la logique de décodage. Les deux matrices du milieu sont séparées par un espace beaucoup plus petit afin qu'elles puissent être vues comme une matrice 128x256. Sur cette base, seules deux matrices médianes sont utilisées comme capteurs. Regarder à travers une loupe le microcircuit définit clairement la structure matricielle du cristal.
Maintenant, vous devez mettre au point l'objectif avec précision. À y regarder de plus près, il est frappant de constater qu'il y a encore quelques lignes et colonnes réarrangées. Deux lignes s'affichent correctement, les deux suivantes sont interverties. L'opération de lecture du contenu des cellules corrige ce défaut. Ensuite, il y a une autre correction des adresses des colonnes, dont quatre sont lues correctement et les quatre autres sont dans le mauvais ordre. Établir la bonne répartition n'est pas toujours facile, car cela nécessite une optique intégrée solide, et une mise au point très précise de l'image. Le motif n'est clairement visible que lorsque la distribution est correcte ! Il est préférable de commencer le test avec une surface blanche sur laquelle des objets sombres sont placés et déplacés. Une observation attentive, une mise au point précise de l'objectif et un peu de patience aideront à reconnaître les défauts grossiers (désadaptations) et révéleront ensuite les caractéristiques du circuit intégré sur un monocristal. Les imprécisions grossières sont reconnues à l'aide de lignes noires, localisées sur le cristal et contrôlées. Pour utiliser le port parallèle d'un ordinateur personnel pour connecter une puce DRAM, certaines modifications sont nécessaires. Le port d'imprimante contient des condensateurs parallèles et des résistances série équivalentes qui lissent les fronts raides du signal d'horloge ; nous n'avons pas besoin de ces éléments dans ce cas et ils doivent donc être supprimés.
Dans une carte hautement intégrée typique, les modules individuels sont connectés directement par des sorties CMOS aux ports d'imprimante sur un bus à faible charge, il doit donc y avoir un pilote de tampon bidirectionnel. Maintenant, à l'aide d'un câble, connectez le port parallèle à la prise sur laquelle la puce DRAM sera installée. Les prises de ce panneau doivent avoir de bons contacts (de préférence plaqués or) et résister aux remplacements répétés, car vous devrez sélectionner le microcircuit nécessaire. Il est également nécessaire de faire ressortir une prise de courant séparée pour le microcircuit, car la tension à la sortie du port LPT ne peut pas être utilisée ici. L'imprimante, cependant, ne peut plus y être attachée ! Le condensateur de découplage entre la broche 8 et la broche 16 de la DRAM est également très important, car un courant électrique assez élevé (environ 100 mA) y circule lorsqu'il est allumé. Ce condensateur est soudé directement sur la prise du CI (notez la polarité ! La broche 8 est +5 volts, la broche 16 est la masse). Rien ne fonctionne sans ce condensateur ! Conception mécanique de l'optique intégrée La surface utile de la puce NEC 4164 est d'environ 1,2x6 mm², si l'on refuse les deux matrices extrêmes. L'optique intégrale doit être mise en œuvre et sélectionnée en fonction de ce fait. Un objectif de 8 mm correspond à environ un objectif standard de 50 mm dans un appareil photo petit format. Les objectifs avec des focales de 5 à 35 mm sont également pris en compte. Cette optique se rentabilise lors d'une utilisation ultérieure. Nous avons utilisé l'objectif mentionné d'un appareil photo Super-8 (longueur focale f = 25 mm). Il est préférable d'utiliser des objectifs à courte focale, tels que ceux d'anciens appareils photo à film mince, une caméra de télévision grand public défectueuse, etc. Dans les magasins de photo de commande et les studios photo, j'espère qu'on vous proposera un objectif adapté. Mais même sans objectif de haute qualité, de bons résultats peuvent être obtenus avec un simple objectif à courte focale. La qualité de l'image de l'objectif ne doit pas être inférieure à l'image reçue de l'objectif. Après tout, vous projetez une image sur une puce à microcircuit, qui ne prend pas en charge la haute résolution comme sur le film. Nous ne pouvons donner ici une solution standard pour le placement et la conception du système optique en raison du grand choix de lentilles et de son installation devant la puce. Il suffit de noter le centrage précis de l'optique intégrale pour que l'image soit bien focalisée sur le cristal. Sensibilité à la lumière Le circuit intégré sur un monocristal n'offre pas une grande sensibilité à la lumière, de sorte que les temps d'exposition du cristal sont plus longs que ceux d'une véritable caméra vidéo CCD. La vitesse de déplacement des objets fixes dépend de l'éclairage et varie de quelques centaines à 20 secondes. Des temps plus longs ne sont pas possibles, sinon l'image est très "bruyante" (floue). Pendant cette période d'exposition assez longue, il est conseillé d'avoir un trépied pour votre conception. De plus, vos mains doivent être libres pour corriger le temps d'exposition en travaillant sur le clavier de l'ordinateur et en enregistrant les images réussies. Il est à noter que le cristal de la puce DRAM est plus sensible au spectre rouge de la plage optique qu'au bleu, il peut avoir une bonne sensibilité spectrale dans le spectre de rayonnement infrarouge (invisible). Logiciel L'initialisation et la lecture de la puce mémoire sont réalisées par des programmes assembleurs qui sont insérés dans des programmes Turbo-Pascal. Initialisation La procédure INITRAM initialise le circuit intégré. Comme la présence d'une charge dans les cellules mémoire de la puce NEC 4164 correspond à un "1" logique, alors "1" est pré-écrit dans toutes les cellules. Un certain nombre de signaux d'horloge complexes sont nécessaires pour contrôler la puce DRAM.
Tout d'abord, le compteur d'adresse de ligne est défini à l'entrée d'adresse du microcircuit. Dans ce cas, l'entrée RAS sera définie sur "0" - il est permis de définir l'adresse de la ligne. Ensuite, l'adresse de la colonne est donnée, l'entrée Din est définie sur la valeur souhaitée (dans notre cas, toutes les cellules sont définies sur "1"), puis l'entrée CAS est définie sur "0". La DRAM a maintenant reçu l'adresse de colonne et les bits de données. Ce processus est répété pour toutes les 32768 mémoires ; maintenant la puce DRAM est initialisée, tous les condensateurs sont chargés (écrit "1"). Ensuite, une certaine période de temps s'écoule, pendant laquelle le cristal de la mémoire de la puce est irradié. À l'expiration de ce délai, les informations sont lues dans les cellules de la mémoire, tandis que les cellules en surbrillance changeront d'état (les condensateurs éclairés se déchargeront plus rapidement). Informations de lecture La lecture des informations du cristal mémoire est réalisée par la procédure LESERAM. Cela se passera de la même manière que dans la procédure INITRAM. Le contenu de chaque cellule mémoire sera stocké pour être converti en image. Dans ce cas, les erreurs locales sont corrigées. En conséquence, tous les 8 bits sont combinés en octets. Il faut 4096 octets pour créer une image car seule la moitié de la puce mémoire est utilisée. Ces données seront ensuite transmises au programme principal. Le programme de correction égalise la sensibilité différente des pixels individuels. (Les cellules de mémoire sur les bords du capteur sont plus sensibles que la zone centrale.) Comme il y a un petit écart entre les deux matrices médianes (pour NEC 4164 !), il existe également un deuxième programme de correction. Il sépare les deux moitiés de l'image de 5 pixels et comble rationnellement l'espace qui en résulte. Dans certains cas, il est plus rationnel d'abandonner cette correction ou d'améliorer l'algorithme de traitement. Trois programmes INITRAM (initialisation), LESERAM (lecture) et correction sont contenus dans la procédure "Exposition" et sont nécessaires pour créer l'intervalle de temps pour irradier la matrice et enregistrer les informations d'image. La procédure "ANZEIGE" (INDICATION) permet d'afficher rapidement une image d'une carte VGA. Dans ce cas, les informations sur l'image sont entrées directement dans la mémoire vidéo, ce qui accélère considérablement le résultat. Malheureusement, les distances verticales des cellules de mémoire individuelles doublent, ce qui s'explique par la procédure de compensation dans le programme d'affichage. Si d'autres adaptateurs d'affichage sont utilisés, cette routine devra peut-être être ajustée. Les procédures "SPEICHERN" (Write) et "LESEN" (Read) écrivent et enregistrent respectivement l'image au format BMP et la dumpent sur le disque dur. Autres programmes Les programmes décrits ci-dessus sont utilisés par d'autres programmes d'application. Le programme « KUCKUCK » est le plus important de tous ; il enregistre des images uniques ainsi que des séries d'images avec 2, 4 ou 10 niveaux de luminosité. L'image actuelle est toujours sur le moniteur et peut être enregistrée à l'aide de la barre d'espace. En principe, la caméra ne peut bien sûr prendre que des images avec 2 niveaux (noir et blanc), cependant, il est possible d'exposer de manière répétée une image avec des demi-teintes (niveaux de gris).
Les expositions uniques d'images en demi-teintes sont écrites séquentiellement dans des fichiers (".3" et respectivement ".9") puis converties pour un traitement ultérieur par les programmes "Grau3", "Grau4" et "Dither": "Grau3" produit 3 expositions uniques d'un bitmap avec 4 niveaux de luminosité. (4 bits par pixel d'information, en n'utilisant que les couleurs 0, 7, 8 et 15 et, respectivement, les niveaux de noir, gris clair, gris foncé et blanc. Pour un traitement rapide à l'écran des images en niveaux de gris, une autre conversion est nécessaire : la programme "Grau4" convertit les mêmes données d'entrée de la même manière que "Grau3", mais dans un format différent. Neuf expositions uniques pour un fichier ".9" sont converties par le programme "Dither" en une image en noir et blanc (respectivement 3 fois la largeur et la hauteur de l'original). À la suite des expositions, chaque pixel des neuf images pour chaque point créera une matrice de distribution aléatoire de 3x3 pixels. Le programme "FilmAb" (clip vidéo) est utilisé pour visualiser les séquences d'images créées, qui à leur tour ont été créées par le programme "KUCKUCK". De cette manière, de courts "clips vidéo" avec 2 ou 4 niveaux de luminosité peuvent être créés et l'ordre de visualisation peut être choisi dans n'importe quel ordre. Comme le format 128x256 pixels s'avère assez volumineux, surtout que les lignes sont deux fois plus longues que les colonnes, vous pouvez utiliser le "demi-format" avec une résolution de 128x128 pixels. Tout d'abord, lors de l'exécution du programme "FilmAb" (clip vidéo), vous devez charger rationnellement cette option afin d'économiser de l'espace disque. Les images individuelles résultantes peuvent être traitées par des programmes Windows tels que Paintbrush. Liste des procédures et programmes individuels : - VIDEO.INC contient des procédures de haut niveau : - INITRAM, INITRAM2 : Initialisation de la puce D4164 respectivement en plein et demi format. - LESERAM, LESERAM2 : Lire les informations sur l'image. - ANZEIGE : entrée rapide sur carte VGA. - LESEN : fichier bitmap avec 2 couleurs, 128x256 et 128x128 pixels. - SPEICHERN : données bitmap, format tel que lu - KUCKUCK : Enregistrement en deux formats - 2, 4 ou 10 niveaux de luminosité. - GRAU3 : Génère un fichier BMP 4 couleurs à partir de 3 poses simples ("".3" -> ".BMP"). - GRAU4 : Des données avec des informations pour 4 bits de carte VGA (".3" -> ".4") sont générées. - DITHER : 9 images couleur (".2" -> ".BMP") sont créées à partir de 9 expositions uniques. - FILMAB : les bitmaps 2 ou 4 couleurs sont fusionnés en un film (nommé : "nom. BMP"). Littérature - Ram optique Datenblatt IS 32, technologie Micron Un ensemble de documentation originale dans un dossier kuckuck.zip (283 ko) Note du traducteur Ce travail, à en juger par la date de création des fichiers, a été écrit en 1992, alors que même 486 ordinateurs étaient une chose très cool. Vous devrez peut-être ajuster le logiciel pour les PC modernes. Il se peut que le port parallèle de l'ordinateur n'ait pas à être modifié (je ne veux pas perdre mon imprimante :-). En ce qui concerne les microcircuits utilisés : - apparemment, il ne sera pas facile de trouver des NEC DRAM (je n'en ai pas encore trouvé dans ma poubelle), et le MS d'une autre société peut ne pas contenir de capuchon métallique. Comment alors arriver au cristal ? En général, mon opinion est que cet article n'est qu'un point de départ pour expérimenter ce problème intéressant. В fichier source il y a quelques autres fichiers texte. Je vais essayer de les traduire aussi. Auteur : Martin Kurz, traduit par Nikolai Bolshakov, rf.atnn.ru
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