エレキ素人が何か考える（その17）：1bit DRAM

Arduinoから擬似「1 bit DRAM」を制御

擬似的な「1 bit DRAM」をマイコン（Arduino）から制御する。

DRAMの原理

1. DRAMとは？DRAMの構造・動作原理を図解で説明
2. コンピュータの基礎(2)-メモリ- Memory
3. 半導体メモリ ー　DRAM

上記URLなどに適切な説明が見つかる。MOSFETやトランジスタとコンデンサを利用し、電化の有無で、'1'を'0'を記憶するものである。最後のサイトの図を使って説明。

Write

"W"ラインをHighにして、"B"ラインをHighまたはLowにして、コンデンサに'1'または'0'の状態をつくる。

Read

"W"ラインをHighにして、"B"ラインの状態を読み込み、Highであれば'1'、Lowであれば'0'と判断する。ただし、'1'の場合、放電されてしまうため、再度、"B"ラインをHighにして、コンデンサに'1'の状態をつくることが必要である。

実回路

接続は下記のとおり。

MOSFET	接続先
Gate	Arduino Pin 2
Drain	Arduino Pin 4
Source	Capcitor & GND

ソースコード

#define G_PIN 2
#define D_PIN 4

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
}

void write_data(uint8_t data) {
  digitalWrite(G_PIN, HIGH);
  pinMode(D_PIN, OUTPUT);
  Serial.print("Write data: ");
  Serial.println(data);
  digitalWrite(D_PIN, (data? HIGH:LOW));
  delay(1);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
}

void read_data() {
  digitalWrite(G_PIN, HIGH);
  pinMode(D_PIN, INPUT);
  uint8_t data = digitalRead(D_PIN);
  Serial.print("Read data: ");
  Serial.println(data);
  if (data) {                   // ①
    pinMode(D_PIN, OUTPUT);     // ①
    digitalWrite(D_PIN, HIGH);  // ①
  }                             // ①
  delay(1);
  digitalWrite(G_PIN, LOW);
}

// 0: 0-Write 1: 1-Write Others: Read
void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    String input = Serial.readStringUntil('\n');
    uint8_t val = input.toInt();
    if (val < 2) {
      write_data(val);
    } else {
      read_data();
    }
  }
}

アルゴリズム的には下記となる。

シリアル入力	0	1	それ以外
Action	'0'書き込み	'1'書き込み	読み込み

※ エラー入力は未考慮

実験

'0'を書き込んだあとの読み取りは'0'、'1'を書き込んだあとの読み取りは'1'となり、期待どおりの動作をしている。

また、上記コードの①の部分をコメント化（読み込み後の書き込みなし）すると、下記のように、'1'の書き込み後、すぐに読み出せば'1'となるが、その後は'0'となる（期待どおり）。

終わりに

本当にこれで正しいのか自信はないが、DRAM制御の基本的な考え方はある程度理解したつもりである。