CN210745111U - 一种可编程的忆阻器仿真器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可编程的忆阻器仿真器，属于忆阻器技术领域。包括模数转换器、微控制器、数模转换器、PC端；模数转换器，用于将输入的电压模拟信号进行模数转换并将电压数字信号通过串行通信传输至微控制器；PC端，用于将某个忆阻器模型的电压与电流关系数据通过串行通信传输至微控制器；微控制器，用于存储某个忆阻器模型的电压与电流关系数据，将电压数字信号根据电压与电流关系数据对应的电流数字信号通过串行通信传输至数模转换器；通过异步串口通信与PC端连接并发送修改数据的指令至PC端；数模转换器，用于将输入的电流数字信号进行数模转换成电流模拟信号输出。具有快速准确地模拟出特定忆阻器的行为，灵活性大大提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可编程的忆阻器仿真器，属于忆阻器技术领域。
背景技术
在1971年，美国加州大学伯克利分校蔡少棠教授在研究非线性电路理论过程中发现，基本电路变量之间的两两关系中，缺少了磁通量与电荷的直接关系。从电路变量关系的对称性和完备性角度出发，蔡少棠推导了这一缺失的关系，定义了“第四种”基本无源电路元件，并将其命名为忆阻器。忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，其通过控制电流的变化可改变阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。实际上，它就是一个有记忆功能的非线性电阻器。
2008年，惠普实验室制造出了能够实现忆阻器特性的实际芯片。近来，也有不少其它的产品实现了这样的效果。然而，这些芯片的参数是固定的。如果要修改忆阻器的参数，就需要重新制作。在计算机科学中，一个查找表是一个存储数据的数组。利用查表这一简单快速的数组索引操作，可以取代耗时并且消耗大量资源的实时计算，因为从存储器中检索值通常比高成本的运算操作更快。查找表可以预先计算并存储在静态程序存储器中，计算(或“预取”)作为程序初始化阶段的一部分，甚至存储在特定于应用程序的平台中的硬件中。利用查找表可以高效地完成对忆阻器行为的模拟。目前，虽然已经有忆阻器实物被制造出来，但想要制作出具有任意特性的忆阻器并不容易。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有的忆阻器的参数是固定的，如需要修改忆阻器的参数，需要重新制作的问题提出了一种可编程的忆阻器仿真器。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术解决方案：
一种可编程的忆阻器仿真器，包括模数转换器、微控制器、数模转换器、PC端；所述模数转换器，用于将输入的电压模拟信号进行模数转换并将电压数字信号通过串行通信传输至微控制器；所述PC端，用于将某个忆阻器模型的电压与电流关系数据通过串行通信传输至微控制器；所述微控制器，用于存储某个忆阻器模型的电压与电流关系数据，将电压数字信号根据电压与电流关系数据对应的电流数字信号通过串行通信传输至数模转换器；通过异步串口通信与PC端连接并发送修改数据的指令至PC端；所述数模转换器，用于将输入的电流数字信号进行数模转换成电流模拟信号输出。
进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述微控制器包括RAM；所RAM包括存储于内部的查找表；所述某个忆阻器模型的电压与电流关系数据存储于查找表。
进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述微控制器采用STM32F103ZET6单片机。
进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述模数转换器与STM32F103ZET6单片机的高级外设总线APB2连接。
进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述数模转换器与STM32F103ZET6单片机的高级外设总线APB1连接。
进一步作为本实用新型的优选技术方案，所述PC端通过USART2串口与STM32F103ZET6单片机相连。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本实用新型利用数模、模数转换技术和微控制器，设计了一种可编程的忆阻器仿真器，利用查找表忆阻器模型的电压与电流关系，可以快速准确地模拟出特定忆阻器的行为。由于查找表可以修改，本实用新型可以实现任何忆阻器模型的效果，并且随时可以修改数据以适应需求。相比现有的忆阻器芯片等产品，灵活性大大提高。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的查找表示意图；
图3为本实用新型输入20Hz正弦信号时所模拟忆阻器模型的理论伏安特性曲线；
图4为本实用新型输入20Hz正弦信号时测试的实际伏安特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种可编程的忆阻器仿真器，包括模数转换器、微控制器、数模转换器、PC端；模数转换器，用于将输入的电压模拟信号进行模数转换并将电压数字信号通过串行通信传输至微控制器；PC端，用于将某个忆阻器模型的电压与电流关系数据通过串行通信传输至微控制器；微控制器，用于存储某个忆阻器模型的电压与电流关系数据，将电压数字信号根据电压与电流关系数据对应的电流数字信号通过串行通信传输至数模转换器；通过异步串口通信与PC端连接并发送修改数据的指令至PC端；数模转换器，用于将输入的电流数字信号进行数模转换成电流模拟信号输出。
具体实施时，选用了意法半导体公司的STM32F103ZET6单片机作为微控制器。该型号单片机内部有12位模数转换器ADC和数模转换器DAC。频率可达72MHz，保证了处理的速度。单片机通过异步串口与计算机连接并发送修改数据的指令。如图1所示，输入的电压信号连接至单片机ADC1_IN7引脚；模数转换器ADC与高级外设总线APB2相连；数模转换器DAC与高级外设总线APB1相连，并将模拟信号输出至DAC_OUT2引脚；PC端通过USART2串口与单片机相连。模数转换器ADC参考电压接0V和3.3V，并设置为“ADC_SampleTime_13Cycles5”的转换模式，即完成一次测量需要大约360纳秒。
如图2所示，查找表存储在单片机RAM的静态存储区，以便快速访问。表中有电压值和对应的电流值，转换成DAC需要输出的电流。
当需要查表时，遍历所有电压值，找出两个数值，使得它们构成的范围包含所需电压，并且该范围最小。由这两个电压值以及对应的电流值，能求出所需的电流值。这里有多种算法，当注重运算速度时应当将其视为线性的并且求解，由于查找表中数据点密集，因此误差不大，当注重精度时，应当使用插值法。由于忆阻器的描述方程或电路模型存在于PC端中，模拟器所需的数据也是由PC端生成，因此，此处无需关心忆阻器的内部机理，仅需一组电压值和电流值的关系即可实现模拟。当尝试修改表中数据时，应当指定索引号、电压值和电流值三个参数。电压值应当按照顺序排列，以提高查表的效率。
在PC端中，利用某个忆阻器模型，在输入20Hz正弦波的情况下，生成数据，如图3所示，并输入单片机。使用外部信号发生器，向单片机ADC引脚送入20Hz正弦波。模拟器包括模数转换器、微控制器、数模转换器。使用双通道示波器同时观察正弦波和模拟器的输出信号。获得与理想情况接近的图像，如图4所示。如果需要更换忆阻器模型，须在PC端中重新生成对应的数据，即可实现模拟器的更换。
以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种可编程的忆阻器仿真器，其特征在于：包括模数转换器、微控制器、数模转换器、PC端；所述模数转换器，用于将输入的电压模拟信号进行模数转换并将电压数字信号通过串行通信传输至微控制器；所述PC端，用于将某个忆阻器模型的电压与电流关系数据通过串行通信传输至微控制器；所述微控制器，用于存储某个忆阻器模型的电压与电流关系数据，将电压数字信号根据电压与电流关系数据对应的电流数字信号通过串行通信传输至数模转换器；
通过异步串口通信与PC端连接并发送修改数据的指令至PC端；所述数模转换器，用于将输入的电流数字信号进行数模转换成电流模拟信号输出。
2.根据权利要求1所述的可编程的忆阻器仿真器，其特征在于：所述微控制器包括RAM；所RAM包括存储于内部的查找表；所述某个忆阻器模型的电压与电流关系数据存储于查找表。
3.根据权利要求2所述的可编程的忆阻器仿真器，其特征在于：所述微控制器采用STM32F103ZET6单片机。
4.根据权利要求3所述的可编程的忆阻器仿真器，其特征在于：所述模数转换器与STM32F103ZET6单片机的高级外设总线APB2连接。
5.根据权利要求3所述的可编程的忆阻器仿真器，其特征在于：所述数模转换器与STM32F103ZET6单片机的高级外设总线APB1连接。
6.根据权利要求3所述的可编程的忆阻器仿真器，其特征在于：所述PC端通过USART2串口与STM32F103ZET6单片机相连。
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| CN113465635A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-01 | 电子科技大学 | 一种传感器与神经网络计算单元信号转换的装置 |
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2019
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Assignee: Nanjing Qiyun Zhongtian Technology Co.,Ltd. Assignor: Nanjing University of Information Science and Technology Contract record no.: X2022980020122 Denomination of utility model: A programmable memristor simulator Granted publication date: 20200612 License type: Common License Record date: 20221031 |
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