一种忆阻器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种忆阻器电路，包括输入模块，单片机模块U1，开关模块U2，电阻网络，滞回控制模块U3。其中，输入模块与单片机模块U1相连，用于配置忆阻器的阈值电压及电阻值；单片机模块U1与开关模块U2相连接，用于控制开关模块U2以实现对忆阻器的阈值电压及电阻值控制；开关模块U2分别与输入端Vin、单片机模块U1和电阻网络相连接，用于根据单片机模块U1的控制指令实现对电阻网络不同通道的选择；电阻网络的一端与开关模块U2相连接，另一端与滞回控制模块U3相连接，用于输出相应阻值的电阻；滞回控制模块U3与电阻网络、地连接，用于模拟忆阻器双向滞回特性曲线的产生。

A kind of memristor circuit

【技术实现步骤摘要】
一种忆阻器电路
本专利技术属于电路设计
，涉及一种忆阻器电路，具体涉及实现符合忆阻器电压、电流关系的硬件模拟电路。
技术介绍
忆阻器是用来描述磁通量和电荷关系的二端无源器件，是一种具有记忆功能的新型非线性电阻，它的电阻大小由流经其内部电荷的方向和数量决定，所以能记忆每时每刻流经的电荷量，从而具备了记忆性。由于拥有超小的尺寸，极快的擦写速度，超高的擦写寿命，多阻态开关特性和良好的CMOS兼容性，忆阻器在非易失性存储器、大规模集成电路、人工神经网络和人工智能等方向有着巨大的研究潜能。忆阻器的出现对数字电路有着巨大的影响。因此探索忆阻器等效模型并能够实际运用到电路设计中，显得尤为重要。目前，虽然已有忆阻器等效电路研究成功，但总体研究以仿真模型为主。极少的几个由硬件电路构成的忆阻器等效电路，却因其原理较为复杂，导致难以应用到实际电路中；或者因为电路数据误差较大，难以精确模拟实际忆阻器的电压、电流特性。因此，设计一种原理简单、精确的忆阻器等效电路模拟实际的TiO2忆阻器将具有重要的意义。
技术实现思路
针对现在技术和研究成本上存在的问题，本专利技术提供了一种忆阻器电路，采用继电器及外围电路模拟忆阻器以及通过单片机实现阈值及阻值的可控，从而方便地实现TiO2忆阻器的伏安特性，可代替实际忆阻器进行实验测试和应用研究。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案如下：一种忆阻器电路，包括输入模块，单片机模块U1，开关模块U2，电阻网络，滞回控制模块U3，其中，滞回控制模块U3进一步包括第一滞回控制模块U3-1和第二滞回控制模块U3-2。输入模块与单片机模块U1相连，用于配置忆阻器的阈值电压及电阻值；单片机模块U1与开关模块U2相连接，用于控制开关模块U2以实现对忆阻器的阈值电压及电阻值控制；开关模块U2分别与输入端Vin、单片机模块U1和电阻网络相连接，用于根据单片机模块U1的控制指令实现对电阻网络不同通道的选择；电阻网络的一端与开关模块U2相连接，另一端与滞回控制模块U3相连接，用于输出相应阻值的电阻；滞回控制模块U3与电阻网络、地连接，用于模拟忆阻器双向滞回特性曲线的产生。所述输入模块中的按键K1、K2分别与单片机模块U1中STC89C51芯片的第10引脚、第11引脚连接，按键K1、K2的另一端接地。所述单片机模块U1中STC89C51芯片的第39引脚、第38引脚、第37引脚分别与U2开关模块CD4051的第11引脚、第10引脚、第9引脚相连；单片机芯片其他管脚按照单片机最小系统模块进行正常连接即可。所述的电阻网络包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，以上所有电阻的一端与滞回控制模块U3相连，另一端接入开关模块U2。所述开关模块CD4051芯片的第16引脚VDD和第7引脚VEE分别接入正负电源VCC与-VCC，第6引脚、第8引脚接地，第3引脚接输入端Vin，第1引脚与第六电阻R6的一端连接，第2引脚与第八电阻R8的一端连接，第4引脚与第九电阻R9的一端连接，第5引脚与第七电阻R7的一端连接，第12引脚与第五电阻R5的一端连接，第13引脚与第二电阻R2的一端连接，第14引脚与第三电阻R3的一端连接，第15引脚与第四电阻R4的一端连接。所述滞回控制模块U3以SRD-5VDC-SL-C型继电器为主要器件；其中第一滞回控制模块U3-1电路中还包含D1二极管4007，D1的正极与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端连接，D1的负极与第一电阻R1的一端、继电器第4引脚连接，第一电阻R1的另一端与继电器第1引脚连接；第二滞回控制模块U3-2电路中同样包括SRD-5VDC-SL-C和D2二极管4007，D2的负极与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端连接，D2的正极与第十一电阻R11的一端、继电器的第4引脚连接，第十一电阻R11的另一端与继电器的第1引脚连接；第一滞回控制模块U3-1和第二滞回控制模块U3-2的继电器第2引脚、第5引脚接地。上述技术方案中，本专利技术设计了一种能够实现单片机控制的阈值电压及电阻值可调型忆阻器等效模拟电路。该模拟电路含有滞回控制模块，输入模块，一个CD4051开关芯片，一个单片机芯片，构造简洁。在目前甚至在未来如果无法获得单个纳米级TiO2忆阻器件的情况下，用来代替实际的忆阻器可运用到相关电路设计中，对忆阻器的特性应用及领域范围研究具有重大意义。与现有技术相比，本专利技术实现忆阻器的模拟电路，从而能方便地实现TiO2忆阻器的伏安特性，可代替实际忆阻器进行实验测试和应用研究。本专利技术主要以滞回控制模块U3中继电器线圈吸合释放衔铁进行转变触点的过程引起整个电路的电流发生变化，模拟实际TiO2忆阻器件的伏安特性。利用继电器及外围电路实现忆阻器的滞回特性，其中第一滞回控制模块U3-1和第二滞回控制模块U3-2主要实现对输入信号正负半波的获取及滞回产生。单片机模块通过输入模块实现对开关芯片的控制，选择不同的负载通道，从而改变忆阻器模型电阻的不同阻值，实现忆阻器阈值变化的效果，改变模拟电路的忆阻器伏安特性。附图说明图1是本专利技术的电路结构框图。图2是本专利技术忆阻器等效模拟电路原理图。图3是本专利技术忆阻器等效模拟硬件电路测试图具体实施方式下面结合附图对本专利技术实例作详细说明。由图1所示，本专利技术忆阻器电路的原理框图，包括输入模块、单片机模块U1、电阻网络、开关模块U2和滞回控制模块U3组成。滞回控制模块U3中的第一滞回控制模块U3-1和第二滞回控制模块U3-2配合电阻网络中的负载电阻产生具有开关特性的双向滞回单元。单片机模块U1则是通过输入模块中的按键输入信号给单片机，然后作用于开关芯片，从而调整电阻网络中的负载阻值。以上四个模块均为实验室常见元器件，在硬件电路上较易实现，能够以一种简单的电路结构实现阈值及电阻值可控型忆阻器模拟电路。如图2所示为本专利技术忆阻器电路的电路原理图，其中，输入模块中的按键K1、K2分别与单片机模块U1中STC89C51芯片的第10引脚、第11引脚连接，按键K1、K2的另一端接地。STC89C51芯片的第39引脚、第38引脚、第37引脚分别与U2开关模块CD4051的第11引脚、第10引脚、第9引脚相连。电阻网络包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，以上所有电阻的一端与滞回控制模块U3相连，另一端接入开关模块U2。CD4051芯片的第16引脚VDD和第7引脚VEE分别接入正负电源VCC与-VCC，第6引脚、第8引脚接地，第3引脚接输入端Vin，第1引脚与第六电阻R6的一端连接，第2引脚与第八电阻R8的一端连接，第4引脚与第九电阻R9的一端连接，第5引脚与第七电阻R7的一端连接，第12引脚与第五电阻R5的一端连接，第13引脚与第二电阻R2的一端连接，第14引脚与第三电阻R3的一端连接，第1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种忆阻器电路，其特征在于，包括输入模块，单片机模块U1，开关模块U2，电阻网络，滞回控制模块U3，其中，滞回控制模块U3进一步包括第一滞回控制模块U3‑1和第二滞回控制模块U3‑2；输入模块与单片机模块U1相连，用于配置忆阻器的阈值电压及电阻值；单片机模块U1与开关模块U2相连接，用于控制开关模块U2以实现忆阻器的阈值电压及电阻值控制；开关模块U2分别与输入端Vin、单片机模块U1和电阻网络相连接，用于根据单片机模块U1的控制指令实现对电阻网络不同通道的选择；电阻网络的一端与开关模块U2相连接，其另一端与滞回控制模块U3相连接，用于根据开关模块U2的状态输出相应阻值的电阻；滞回控制模块U3与电阻网络和地连接，用于模拟忆阻器双向滞回特性曲线的产生；滞回控制模块U3采用继电器实现。

【技术特征摘要】
1.一种忆阻器电路，其特征在于，包括输入模块，单片机模块U1，开关模块U2，电阻网络，滞回控制模块U3，其中，滞回控制模块U3进一步包括第一滞回控制模块U3-1和第二滞回控制模块U3-2；输入模块与单片机模块U1相连，用于配置忆阻器的阈值电压及电阻值；单片机模块U1与开关模块U2相连接，用于控制开关模块U2以实现忆阻器的阈值电压及电阻值控制；开关模块U2分别与输入端Vin、单片机模块U1和电阻网络相连接，用于根据单片机模块U1的控制指令实现对电阻网络不同通道的选择；电阻网络的一端与开关模块U2相连接，其另一端与滞回控制模块U3相连接，用于根据开关模块U2的状态输出相应阻值的电阻；滞回控制模块U3与电阻网络和地连接，用于模拟忆阻器双向滞回特性曲线的产生；滞回控制模块U3采用继电器实现。2.根据权利要求1所述忆阻器电路，其特征在于，滞回控制模块U3采用SRD-5VDC-SL-C型继电器。3.根据权利要求1所述忆阻器电路，其特征在于，单片机模块U1采用STC89C51芯片。4.根据权利要求1所述忆阻器电路，其特征在于，U2开关模块采用CD4051芯片。5.根据权利要求1所述忆阻器电路，其特征在于，输入模块中的按键K1、K2分别与单片机模块U1中STC89C51芯片的第10引脚、第11引脚连接，按键K1、K2的另一端接地；STC89C51芯片的第39引脚、第38引脚、第37引脚分别与U2开关模块CD4051的第11引脚、第10引脚、第9引脚相连；电阻网络包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7...

【专利技术属性】
技术研发人员：林弥，李路平，吴巧，汪兰叶，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33