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57411-2E /57C411
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摘要:先容怎樣在嵌進(jìn)式CPU 80C186XL DRAM刷新控制單元的基礎(chǔ)上,利用CPLD技術(shù)和80C196XL的時(shí)序特征設(shè)計(jì)一個(gè)低價(jià)格、功能完整的DRAM控制器的方法,并采用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。
80C186XL16位57411-2E /57C411嵌進(jìn)式微處理器是IN公司在嵌進(jìn)式微處理器市場(chǎng)的上導(dǎo)產(chǎn)品之一,已廣泛應(yīng)用于電腦終端、程控交換和工控等領(lǐng)域。在該嵌進(jìn)式微處理器片內(nèi),集成有DRAM RCU單元,即DRAM刷新控制單元。RCU單元可以自動(dòng)產(chǎn)生DRAM刷新總線周期,它工作于微處理器的增益模式下。經(jīng)適當(dāng)編程后,RCU將向?qū)⑻幚砥鞯腂IU(總線接口)單元產(chǎn)生存儲(chǔ)器讀請(qǐng)求。對(duì)微處理器的存儲(chǔ)器范圍編程后,BIU單元執(zhí)行刷新周期時(shí),被編程的存儲(chǔ)器范圍片選有效。
存儲(chǔ)器是嵌進(jìn)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分之一。通常采用靜態(tài)存儲(chǔ)器,但是在系統(tǒng)需要大容量存儲(chǔ)器的情況下,這種方式將使本錢(qián)猛增。假如采用DRAM存儲(chǔ)器,則可以大幅度降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)本錢(qián);但DRAM有復(fù)雜的時(shí)序要求,給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。
為了方便地使用DRAM,降低系統(tǒng)本錢(qián),本文提出一種新奇的解決方案:利用80C186XL的時(shí)序特征,采用CPLD技術(shù),并使用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)DRAM控制器。
一、80C186XL RCU單元的資源
80C186XL的BIU單元提供20位地址總線,RCU單元也為刷新周期提供20位地址總線。80C186XL能夠產(chǎn)生刷新功能,并將刷新?tīng)顟B(tài)編碼到控制信號(hào)中。
圖1是RCU單元的方框圖。它由1個(gè)9位遞減定時(shí)計(jì)數(shù)器、1個(gè)9位地址計(jì)數(shù)器、3個(gè)控制寄存器和接口邏輯組成。當(dāng)RCU使能時(shí),遞減定時(shí)計(jì)數(shù)器每一個(gè)CLKOUT周期減少1次,定時(shí)計(jì)數(shù)器的值減為1時(shí),則產(chǎn)生刷新總線請(qǐng)求,遞減定時(shí)計(jì)數(shù)器重載,操縱繼續(xù)。刷新總線周期具有高優(yōu)先級(jí),旦80C186XL總線有空,就執(zhí)行刷新操縱。
設(shè)計(jì)者可將刷新總線周期看成是“偽讀”周期。刷新周期像普通讀周期一樣出現(xiàn)在80C186XL總線上,只是沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸。從引腳BHE/RFSH和A0的狀態(tài)可以判別刷新周期,如表1所列。刷新總線周期的時(shí)序要求如圖2所示。
表1 刷新周期的引腳狀態(tài)
二、80C186XL DRAM控制器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行
DRAM存在著大量、復(fù)雜的時(shí)序要求,其中訪問(wèn)時(shí)間的選擇、等待狀態(tài)以及刷新方法是至關(guān)重要的。DRAM控制器必須正確響應(yīng)80C186XL的所有總線周期,必須能將DRAM的部周期和其它訪問(wèn)周期分辨出來(lái),其訪問(wèn)速度必須足夠快,以避免不必要的等待周期。
在設(shè)計(jì)時(shí),我們采用XC95C36-15 CPLD[2]以及4Mbits的V53C8258[3]DRAM作范例。15ns的CPLD,速度相對(duì)較高,價(jià)格比較便宜。用它設(shè)計(jì)成的DRAM控制器答應(yīng)80C186XL的工作速度高達(dá)20MHz,并且XC95C36有異步時(shí)鐘選擇項(xiàng)。這種特性對(duì)本設(shè)計(jì)有很大的好處。
DRAM控制器由80C186XL狀態(tài)信號(hào)S2、S1和S0的解碼來(lái)檢測(cè)總線的開(kāi)始、類型和結(jié)束。這些狀態(tài)線是在CLKOUT的上升沿開(kāi)始有效,在CLKOUT的下降沿失效的。DRAM控制器發(fā)出的RAS和CAS信號(hào)應(yīng)該在CLKOUT的下降沿同時(shí)有效,行列地址應(yīng)該在CLKOUT上升沿四周提供。
DRAM控制器應(yīng)該在CLKOUT的兩個(gè)沿都應(yīng)能正常操縱。通過(guò)啟用XC95C36的異步時(shí)鐘選擇項(xiàng),每個(gè)XC95C36宏單元可以從可編程與陣列獲得時(shí)鐘。DRAM控制器使用80C186XL的CLKOUT信號(hào)作時(shí)鐘輸進(jìn)。
DRAM控制器主要由兩個(gè)相互聯(lián)的狀態(tài)機(jī)構(gòu)成。這兩個(gè)狀態(tài)機(jī),使得DRAM的控制與80C186XL是否進(jìn)行等待狀態(tài)無(wú)關(guān)。狀態(tài)機(jī)A和地址多路控制信號(hào)(MUX)在CLKOUT的上升沿鎖存。狀態(tài)機(jī)B和RAS及CAS的邏輯在CLKOUT的下降沿鎖存。DRAM控制器完整的VHDL語(yǔ)言的源代碼可給cnhsx索取。
DRAM控制器的狀態(tài)圖如圖4所示,狀態(tài)機(jī)A和B的起始條件分別是A0和B0。狀態(tài)機(jī)A初始化DRAM控制器的序列,狀態(tài)機(jī)B終止該序列。
在T2的下降沿,RAS邏輯采樣狀態(tài)機(jī)A的狀態(tài),鎖存的地址線和總經(jīng)狀態(tài)信號(hào)。假如狀態(tài)機(jī)A在A1狀態(tài)(存儲(chǔ)器讀、寫(xiě)或刷新周期)并且總線周期為DRAM使用,則XC95C36插進(jìn)RAS信號(hào)。
在T2的上升沿,狀態(tài)機(jī)A也采樣鎖存的地址線。假如總線周期被DRAM占用,狀態(tài)機(jī)A將從狀態(tài)A1轉(zhuǎn)移到A2,否則狀態(tài)機(jī)A轉(zhuǎn)換到A3。至此控制轉(zhuǎn)移到狀態(tài)機(jī)B。MUX邏輯采樣RAS和BHE引腳的狀態(tài)。假如RAS有效(指示DRAM在訪問(wèn)),并且總線周期下是刷新周期,XC95C36將插進(jìn)MUX。MUX在行列地址之間切換,以便進(jìn)行DRAM的讀寫(xiě)操縱。
在T3的下降沿,狀態(tài)機(jī)B采樣狀態(tài)機(jī)A。假如狀態(tài)機(jī)A處于狀態(tài)A2(DRAM訪問(wèn))或狀態(tài)A3(存儲(chǔ)器讀或?qū)?,但不是DRAM訪問(wèn)),狀態(tài)機(jī)B從狀態(tài)B0轉(zhuǎn)到B1。假如總線周期是一個(gè)DRAM訪問(wèn)周期,XC95C36繼續(xù)保持RAS有效。CAS邏輯采樣MUX的狀態(tài)、鎖存地址A0、BHE和總線周期狀態(tài)。假如MUX有效(指示DRAM讀或?qū)懀?,并且訪問(wèn)低字節(jié),則XC95C36插進(jìn)LCAS;假如MUX有效,并且微處理器訪問(wèn)高字節(jié),XC95C36插進(jìn)UCAS。DRAM讀訪問(wèn)和DRAM刷新訪問(wèn)不同之處在于:對(duì)刷新來(lái)說(shuō),不需要MUX、UCAS和LCAS。
在T3的上升沿,狀態(tài)機(jī)A等待狀態(tài)機(jī)B中斷此序列。假如MUX有效(DRAM讀或?qū)懀?,它將保持有效?/p>
有下一個(gè)降沿,狀態(tài)機(jī)B采樣總線狀態(tài)信號(hào)。假如狀態(tài)信號(hào)仍然有效,則此狀態(tài)為等待狀態(tài)Tw,狀態(tài)機(jī)B保持在狀態(tài)B1。假如這個(gè)狀態(tài)是等待狀態(tài),并且RAS有效(DRAM訪問(wèn)),RAS保持有效;假如狀態(tài)為等待狀態(tài),并且UCAS和LCAS有效(DRAM讀或?qū)懀琔CAS和LCAS保持有效。
在等待狀態(tài)的上升沿,狀態(tài)機(jī)A繼續(xù)等待狀態(tài)機(jī)B來(lái)中斷此序列。假如MUX有效(DRAM讀或?qū)懀?,則它在T3狀態(tài)里保持有效。
假如微處理器狀態(tài)信號(hào)無(wú)效,這個(gè)狀態(tài)則是一個(gè)T4狀態(tài),狀態(tài)機(jī)B從B1轉(zhuǎn)到B2.假如狀態(tài)是一個(gè)T4狀態(tài),并且RAS有效(DRAM訪問(wèn)),則RAST4狀態(tài),并且RAS有效(DRAM訪問(wèn)),則RAS邏輯也檢測(cè)無(wú)效狀態(tài)信號(hào),并且XC95C36封閉RAS信號(hào);假如狀態(tài)是一個(gè)T4狀態(tài),并且UCAS和LCAS有效(DRAM讀或?qū)懀?,則CAS邏輯也采樣總線狀態(tài)信號(hào);假如狀態(tài)信號(hào)無(wú)效,則XC95C36封閉UCAS和LCAS信號(hào)。
在T4的上升沿,狀態(tài)機(jī)A采樣狀態(tài)機(jī)B的狀態(tài)。在狀態(tài)機(jī)B處于B2狀態(tài)的情況下,狀態(tài)機(jī)A從A2狀態(tài)(DRAM訪問(wèn))或A3狀態(tài)(存儲(chǔ)器讀或?qū)?,但不是DRAM訪問(wèn))轉(zhuǎn)到A0。假如MUX有效,MUX邏輯檢查RAS的狀態(tài);假如RAS無(wú)效(指示一個(gè)終止周期),XC95C36封閉MUX。
在下一個(gè)CLKOUT下降沿,狀態(tài)機(jī)B無(wú)條件地從狀態(tài)B2轉(zhuǎn)到B0,終止DRAM序列。控制轉(zhuǎn)移給狀態(tài)機(jī)A。
三、80C186XL RCU單元的編程
要使DRAM正常工作,就必須對(duì)80C186XL中與DRAM刷新有關(guān)的寄存器進(jìn)行正確編程。這些寄存器包括:刷新時(shí)鐘間隔寄存器(RFTIME寄存器)、刷新基地址寄存器(RFBASE寄存器)和刷新控制寄存器(RFCON寄存器)。
刷新時(shí)鐘間隔寄存器(RFTIME寄存器)的編程公式為:Trefresh×fcpu/(Rrow+Rrows×補(bǔ)償因子)。V53C8258的技術(shù)參數(shù)規(guī)定,其刷新周期Trefresh為8ms,存儲(chǔ)陣列行數(shù)Rrows為512??紤]到RCU取得總線控制權(quán)的延時(shí),補(bǔ)償因子取0.05。因此,微處理器在fcpu=20MHz工作頻率下,RFTIME寄存器的取值為:0.008×20×10 6/(512+512×0.05),約為297.
刷新基地址寄存器(RFBASE寄存器)的編程。該寄存器的高7位,規(guī)定了DRAM容量大小。系統(tǒng)使用兩片V53C8258情況下,RFBASE的取值為00H,DRAM占用微處理器的存儲(chǔ)空間的00000H~7FFFFH(512KB)。
zui后通過(guò)將刷新控制寄存器(RFCON寄存器)的REN位置位,來(lái)啟動(dòng)刷新控制單元。
若使用80C186XL的節(jié)電模式,則要求重新編程這些值。在寫(xiě)節(jié)電控制寄存器前,必須先用要時(shí)鐘分頻值往除原先設(shè)置在刷新間隔寄存器的值,來(lái)重新設(shè)置寄存器。
四、結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)在DRAM、CPLD的價(jià)格非常低,這樣設(shè)計(jì)者有機(jī)會(huì)在嵌進(jìn)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮采用DRAM。80C186XL嵌進(jìn)式微處理器廣泛應(yīng)用于嵌進(jìn)式計(jì)算機(jī)、程控通訊和產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)中,具有良好的性價(jià)比,其性能和功能是80C31、80C196等單片機(jī)無(wú)法相比的,并能充分利用大量的PC平臺(tái)軟件。本解決方案已在家庭電子證券產(chǎn)品中采用,獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
把握CPLD技術(shù)和VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)技巧是提升產(chǎn)品技術(shù)含量的重要途徑。上述CPLD還留在一些引腳和內(nèi)部資源未使用,只要設(shè)計(jì)者將VHDL源代碼稍微作一些修改,就可以用這些引腳控制新增加的DRAM,提供總線預(yù)備輸出信號(hào)或DMA響應(yīng)信號(hào)。
假如采用引腳數(shù)和宏單元較多的XC9672或XC95108CPLD,就可以將D觸發(fā)器(74HC74)、多路地址切換器(74HC157)、數(shù)據(jù)收發(fā)器(74HC245)和地址總線鎖存器(74HC373)等其它分立邏輯器件的功能全部集成到CPLD中,這樣系統(tǒng)集成度和可靠性將更加進(jìn)步。
Simplex 4010-9813 Expansion Power Supply
Fanuc A02B-0047-C062 Tape Reader Unit (NO. KG 11984)
Siemens ED43B020 Sentron Molded Case Circuit Breaker 480V 20A 3P
Siemens CQD250 Molded Case Circuit Breaker 480Y/277V 50A 2P
Videolarm EH1000HBW Indoor/Outdoor Extruded Housing
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Delco 2J7424BF A.C. Motor 1/4 HP with Dings Dynamics 2-61003-24 Electric Brake
Honeywell DC300K-0-0A3-20?-0000-0 UDC3000 Versa-Pro Temperature Controller
Bosch 0811405010 Board with Murrelektronik 63010 Holder
GE IC693CMM311N Communications Control Module
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I-T-E V7E3611 Vacu-Break Switch 600V 30A 3PH (Missing 2 Fuse Clips)
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Lithonia AR23 Acrylic Lenses (Box of 4)
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Square D FA36070 Circuit Breaker 600V 70A 3P I-Line
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Leeds & Northrup 056098 Digital Controller
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Westinghouse BF44A Control Relay 300V 10A 4P
Square D 8903-LG20 Lighting Contactor 600V 30A 3PH
Reliance P56X1441W E-Master Duty Master A-C Motor 1 HP
Allen Bradley 800P-F1CHA Palm Operated Pushbutton 600V Series E
ASCO Red-Hat 8210G034 General Purpose Valve T458785 1/2 Pipe
GE TH3363 Heavy Duty Safety Switch 600V 100A 3P 3PH
emecanique TeSys Motor Starter Control Assembly LUCA05FU, LUB12, LU2MB0FU...
Cessna Hydraulic Pump Pat. No. 2 809 592
Square D WMB363-364 Transformer Mounting Bracket
mar 522000 Voltage Transmitter
Siemens HHED63B015A Sentron Molded Case Circuit Breaker 600V 15A 3P (NIB)
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Cutler-Hammer Eaton FDC3015 Current Limiting Circuit Breaker 600V 15A 3P
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Clark 4303647 Forklift Brake Shoe Set
Amprobe LAW82-T Vari-Speed AC Kilowatt/Ampere Recording Module
Allen Bradley 1772-LZP D MINI-PLC-2/02 Processor with Power Supply
Pacific Scientific SR3624-8291-7-5?6BC-CU Permanent Magnet DC Motor 1/4 HP
Baldor VM3554 Industrial Motor 1-1/2 HP
NAPA 51-276 Air Pump Remanufactured
Keyence N-400 Multi-Unit Controller 24VDC
Hubbell S1SP4X4 Subplate 4X4, System 1
Octagon Systems MPB-24 Opto 24 Rack with (9) G4 ODC5, (6) G4 IDC5D
Square D FAL3603013M Mag-Gard Motor Circuit Protector 600V 30A 3P
Asco 8344G70 Solenoid Valve Assembly 11.6W
Numatics EKF20D Filter Elements (Qty. 25)
Tylan FM-380AV Mass Flow Meter
Simpson F351710 Digital Panel Meter 120 VAC
Fuji 2NC3H0 Contactor 3PH with 1NR4FH Thermal Overload Relay
Westinghouse BF44A Control Relay 300V 10A used
GE SEHA36AT0100 Hi-Break Circuit Breaker W/ SRPE100A100 & SAUXPAB1 (Has Lockout)
GE SEHA36AT0100 Spectra Hi-Break Circuit Breaker,SRPE100?A90, SAUV3 (Has Lockout)
GE SEHA36AT0100 Spectra Hi-Break Circuit Breaker with SRPE100A90 (Has Lockout)
Square D 2510-MC03 Manual Motor Starting Switch 600V with 2510 MCA3 Enclosure
Matsushita DSP1-DC12V-R Relay 5A 250V (Box of 24)
Adept Technology 30356-10358 PCI Front Panel
AEG Modicon DAU 202 / AS-BDAU-202 Analog Output Module
Simplex 4100-8901 Panel Supply Network Card
Electro-Sensors Inc.DR1000 Board
Siemens 3VF2214-0JC41-0?AA0 Circuit Breaker 16A DIN Rail Mount
Parker 07E3C00024 Filter Regulator 1/2 Body 1/2 Ports
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GE QH1200T3/CL Quartz Infrared Lamp 1200W 144V Clear
GE QH1200T3/CL Quartz Infrared Lamp 1200 W 144 V Clear
Aromat MQ-W20A-DC12-24?V Photoswitch
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emecanique LC2D09 Reversing Contactor with LRD06
Namco Controls EA08013100 Snap-Lock Limit Switch
U.S. Electrical Motors F057A Unimount 125 High Efficiency Motor 2.0 HP 3 PHASE
Westinghouse CA3150X Circuit Breaker 240V 150A 3P (Chipped Corner)
Square D 9001GW-30 Control Station 600V
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Westinghouse 676C546G15 Type CLS-1 Fuse 50A
GE IC600CM548A CMOS Memory Module 8K
Square D 8430-DASV Phase Relay
PRO-LOG BX12R-01 12-Slot Rack with PRO-LOG 113473-001 Network Termination Card
GE Fanuc IC693MAR590C Mixed I/O Module
ACME T-2-53012-S 3R Transformer 2 kVA 240/480:120/240
Veeder Root 120506-011 Counter 230 Volt 60 Hz 8 Watt
Veeder Root 120506-115 Counter 115 Volt 60 Hz 8 Watt
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Sperry Vickers CG-03-C-10 High Pressure Relief Valve
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Hubbell Wiegmann PB6 Enclosure W/ (2) Illumin PB, (2) Momentary PB, (1) Mushroom
SNR NU 210 MJ30 A12 Bearing
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Norgren 53-4001-00 I/P Converter Type 100X
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GE CR309B0** Reversing Starter Size 0 600V 18A with (2) CR305X146C
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Markel DCS252 Heater Switch Accessory 277V 25A 2P
NTN 6202/16C3 Bearing (Qty 28)
wtc 503-3-0324-21 Power Supply
Baldor CM3542 Industrial Motor 0.75 HP
Lithonia LE S 2 R 120/277 LED Exit Sign
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GE SEHA36AT0030 Hi-Break Circuit Breaker 15A Plug 3P
GE SEHA36AT0030 Hi-Break Circuit Breaker 20A Plug 3P
GE SEHA36AT0100 Hi-Break Circuit Breaker 90A Plug 3P
Dongan 21HG-03514 Medical Isolation Transformer 3.0 KVA
GE SEHA36AT0030 Spectra RMS Hi-Break Circuit Breaker with Aux. Switch 20A Plug
Cutler-Hammer GHB3020 Circuit Breaker 480Y/277V 20A 3P
Allen Bradley 500F-DOD930 Starter 600V 90A NEMA Size 3
Reliance 45C912 5-Slot Rack
ASCO Red-Hat 8215B050 Auto Valve T 243102
Allen Bradley 700-N800A1 Ser B Control Relay Enclosed
GE CL04AB00M Contactor 480 Coil 60 Amp CL04 4 Pole
Allen Bradley 104-C12HJ22 Reversing Contactor 12 A 600V
Allen Bradley 709-BOD Starter Sz 1 3 Pole 120 V Coil
Allen Bradley 1746-OW16 SLC 500 Output Module Series C
GE GED0711 Dyna-Mate 10 Straight Plugs 15 A 277 V 2P 3W
Midtex Relays, Inc. 6207595 cyclemaster
Siebe CC-8103-0-1 Solid State Time Proportioning Relay
Fanuc LTD A03B-0807-C011 I/O Interface Module
GE CR7G1WN Spectra 700 Overload Relay
Allen Bradley 193-EA1FB Overload Relay W/ 193-EPM1
Allen Bradley 193-EA1DB Overload Relay with 193-EPM1
Barden 203HDM G32 R22B Bearings 2 in box
GE SEHA36AT0100 Hi-Break Circuit Breaker 70A Plug 3P
GE SEHA36AT0100 Hi-Break Circuit Breaker 90 Amp Rating Plug 3P
OPCON 1170A-300 Photoelectric Source Head
Micro Switch LSYPC1A Heavy Duty Limit Switch
Siemens ED43B030 Circuit Breaker 480VAC 30A
Square D/Merlin Gerin 17467 Protector 30 Amps 3 Pole
Lithonia QE277 12/3G11 Quick-Flex Extender Cable (Box of 10)
Baldor Industrial Motor 0.5 HP (Spec. No. 33-1819W184G1)
GE QMR361L / QMR361 Fusible Interrupter 600V 30A 3P Buss Bus Plug
ACSO L-YAB3A2 Valve Position Indicator
Grove Gear BM220-3 Flexaline Gear Reducer 40:1 Ratio Input HP 0.71
Boston Gear F7135B5J Gear Reducer
Grove Gear BM1206-3 Flexaline Gear Reducer Ratio 20:1 Input HP 1.258
Grove Gear BM220-3 Flexaline Gear Reducer Ratio 10:1 Input HP 2.09
Baldor M3107 Industrial Motor 0.5 HP 3450 RPM
Panasonic Matsushita YX-257CA CO2 Ar MAG Gas Regulator
Dodge MR94669 J BE Tigear Gear Reducer Max. Input HP 1.77
Grove Gear BM1206-3 Flexaline Gear Reducer Input HP 0.720 Ratio 40:1
AquaMatic 521-A Composite Control Valve
Square D FA22100AB Circuit Breaker 240V 100A 2P I-Line
Square D FA22100BC Circuit Breaker 240V 100A 2P I-Line
Verinex XM550 Fingerprint Scanner
Square D FA26070AC Circuit Breaker 600V 70A 2P
Philips F14T5/830 Silhouette Fluorescent Lamp (Box of 37)
Mitsubishi A61P-UL MELSEC Programmable Controller
Buss JCL 3R Fuse 5080V 100 3R Amps (Cream/Green Label)
Siemens KT4050P Transformer Kit 50 VA
Siemens HHED62B050 Sentron Series Circuit Breaker 600V 50A 2P
Keystone F250 Clean-in-Place Butterfly Valve 3"
Clean-in-Place Butterfly Valve 1" 316L S0300 M62588 CIP
7-Slot Enclosure with (6) AB Flush Pushbuttons and (1) AB Twist Lock Button
Balluff BTA-D11-200 Micropulse Output Module
idec PF3S-T16K FA-3S Series Output Module