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1、数电半导体存储器可编程逻辑器件第1页，共50页，编辑于2022年，星期六 半导体存储器几乎是当今数字系统中不可缺少的重要组成部分，它半导体存储器几乎是当今数字系统中不可缺少的重要组成部分，它可以用来存储大量的二进制数据。可以用来存储大量的二进制数据。半导体存储器由半导体集成电路制成，具有集成度高、存取速度快、体半导体存储器由半导体集成电路制成，具有集成度高、存取速度快、体积小等特点。积小等特点。半导体存储器的容量用能存储二进制数的字数与每个字的位数的乘积表半导体存储器的容量用能存储二进制数的字数与每个字的位数的乘积表示，如示，如1024 1（1K）,2048 8（16K）等。）等。计算机计算机
2、存储器存储器内存储器内存储器要求存取速度要快，一般采用半导体存储器。要求存取速度要快，一般采用半导体存储器。外存储器外存储器要求存储容量大，一般采用磁盘、光盘等。要求存储容量大，一般采用磁盘、光盘等。1 半导体存储器概述半导体存储器概述第2页，共50页，编辑于2022年，星期六半导体半导体存储器存储器ROMRAM静态静态RAM动态动态RAM掩模掩模ROM（不可改写（不可改写ROM、固定、固定ROM）一次可编程一次可编程ROM（PROM）光可擦除可编程光可擦除可编程ROM（EPROM）电可擦除可编程电可擦除可编程ROM（E2PROM）ROMRead Only memoryRAMRandom Ac
3、cess Memory第3页，共50页，编辑于2022年，星期六2 ROM存储器存储器1 掩模掩模ROM由二极管构成的掩模ROM2/4线线地地址址译译码码器器输出缓冲器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0存储矩阵 掩模掩模ROM在制造时，生产厂家利用掩在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据写入存储器中，一旦模技术把数据写入存储器中，一旦ROM制成，制成，其存储的数据固定不变。其存储的数据固定不变。第4页，共50页，编辑于2022年，星期六4条字线位线两位地址输入2/4线线地地址址译译码码器器输出缓冲器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0存储矩阵存储容量：存储容量：4
4、4=16第5页，共50页，编辑于2022年，星期六2/4线线地地址址译译码码器器输出缓冲器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0A1A0=00选中字线选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在接在Y0线上的线上的二极管导通二极管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理工作原理第6页，共50页，编辑于2022年，星期六地址字线位线（存储内容）A1 A0Y3 Y2 Y1 Y0D3 D2 D1 D00 00 0 0 1 0 1 0 10 10 0 1 01 0 1 11 00 1 0 00 1 0 01 11 0 0 01 1 1 0存储内容列表存储内容列表第7页，共5
5、0页，编辑于2022年，星期六2/4线线地地址址译译码码器器Y0Y2Y1Y3A1A0输出缓冲器输出缓冲器D3D2D1D0+UCC由三极管构成的掩模ROM第8页，共50页，编辑于2022年，星期六A1A0=00选中字线选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在接在Y0线上的线上的三极管导通三极管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理工作原理2/4线线地地址址译译码码器器Y0Y2Y1Y3A1A0输出缓冲器输出缓冲器D3D2D1D0+UCC第9页，共50页，编辑于2022年，星期六由 NMOS管构成的掩模ROM2/4线线地地址址译译码码器器Y0Y2Y1Y3A1A0D3D2D1D0
6、+UCC1111负载管负载管第10页，共50页，编辑于2022年，星期六2/4线线地地址址译译码码器器Y0Y2Y1Y3A1A0D3D2D1D0+UCC1111负载管负载管A1A0=00选中字线选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在接在Y0线上的线上的NMOS管导通管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理工作原理第11页，共50页，编辑于2022年，星期六2 一次可编程一次可编程ROM（PROM）PROM在出厂时，存储内容全在出厂时，存储内容全为为1（或全为（或全为0），用户可以根据自己），用户可以根据自己需要，利用通用或专用的编程器，将某需要，利用通用或专用的编程器，将
7、某些单元改写为些单元改写为0（或（或1）。）。由二极管构成的PROM2/4线线地地址址译译码码器器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0第12页，共50页，编辑于2022年，星期六2/4线线地地址址译译码码器器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0熔丝连通为1熔丝断开为0 出厂时熔丝是连通的，全部存储单元为出厂时熔丝是连通的，全部存储单元为1，欲使某些单元改写为，欲使某些单元改写为0，只要通过编程，只要通过编程，给对应单元通以足够大的电流将熔丝熔断即可。给对应单元通以足够大的电流将熔丝熔断即可。熔丝熔断后不能再恢复，因此熔丝熔断后不能再恢复，因此PROM只能改写一次。只能改写一次。第13页
8、，共50页，编辑于2022年，星期六3 光可擦除可编程光可擦除可编程ROM（EPROM）EPROM的特点是：可以通过紫外线照射或的特点是：可以通过紫外线照射或 X射线照射擦除原来内容，再通过通用或专用的编射线照射擦除原来内容，再通过通用或专用的编程器写入新的内容。如果不对其进行照射，原有程器写入新的内容。如果不对其进行照射，原有内容可以长期保存。内容可以长期保存。4 电可擦除可编程电可擦除可编程ROM（E2PROM）E2PROM和和EPROM都是采用浮删技术生产的，都是采用浮删技术生产的，所不同的是：这里采用电擦除，所以擦除速度快。所不同的是：这里采用电擦除，所以擦除速度快。E2PROM具有具
9、有ROM的非易失性，又具备类似的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦除的功能，可以随时改写（可重复擦除1万次以上）。万次以上）。第14页，共50页，编辑于2022年，星期六例：用例：用ROM实现十进制数码显示实现十进制数码显示D7D6D5D4D3D1D2AabefgcdBCDabcdefgA3A2A1A0ROM8421BCD码码ROM地址输入端ROM数据输出端七段数码显示器输入端第15页，共50页，编辑于2022年，星期六例：用例：用ROM实现十进制数码显示实现十进制数码显示D7D6D5D4D3D1D2AabefgcdBCDabcdefgA3A2A1A0ROMA3 A2A1
10、 A0=0000D1D2D3D4D5D6D7=abcdefg=1111110显示数字显示数字0第16页，共50页，编辑于2022年，星期六3 RAM存储器存储器1 静态静态RAM的基本存储电路的基本存储电路 RAM存储器和存储器和 ROM存储器的结构大同小存储器的结构大同小异，只是基本存储电路不同。异，只是基本存储电路不同。基本存储电路即基本存储电路即存储矩阵中的存储单存储矩阵中的存储单元，用来存储元，用来存储“0”或或“1”。字线字线位线位线D位线位线DT1T2T3T4T5T6AB+5V第17页，共50页，编辑于2022年，星期六T1、T2控制管T3、T4负载管四管构成一个 R-S触发器，用
11、来存储“0”或“1”。字线字线位线位线D位线位线DT1T2T3T4T5T6AB+5V第18页，共50页，编辑于2022年，星期六T5、T6开关管受字线上电位的控制。字线字线位线位线D位线位线DT1T2T3T4T5T6AB+5V第19页，共50页，编辑于2022年，星期六字线字线位线位线D位线位线DT1T2T3T4T5T6AB+5V静态静态RAM存储器的特点：存储器的特点：数据由触发器数据由触发器记忆，只要不断电，记忆，只要不断电，数据能长久保存。数据能长久保存。但每个存储单元所但每个存储单元所用管子数目多，功用管子数目多，功耗大，集成度受到耗大，集成度受到限制，不适宜大容限制，不适宜大容量存储
12、器。量存储器。第20页，共50页，编辑于2022年，星期六2 动态动态RAM的基本存储电路的基本存储电路字线字线位线位线TCCDT控制管，受字线电位控制C存储数据的电容CD位线上的分布电容第21页，共50页，编辑于2022年，星期六动态动态RAM存储器的特点：存储器的特点：由于是单管（或三管）结构，适由于是单管（或三管）结构，适宜于大容量存储器。宜于大容量存储器。字线字线位线位线TCCD 为了节省面积，为了节省面积，C的容量不能太大，的容量不能太大，一般都比一般都比CD的容量小。由于漏电流的存在，的容量小。由于漏电流的存在，C上存储的数据不能长久保存，必须定上存储的数据不能长久保存，必须定期给
13、期给C充电，即刷新，以避免数据的丢失。充电，即刷新，以避免数据的丢失。第22页，共50页，编辑于2022年，星期六3 存储矩阵存储矩阵存储存储矩阵矩阵地地址址译译码码器器读读/写写控制电路控制电路读读/写线写线数据线数据线第23页，共50页，编辑于2022年，星期六4 集成电路存储器芯片集成电路存储器芯片1 EPROM2716EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324 EPROM2716是一种容量为16K（20488）的光可擦除可编程ROM存储器第24页，共50页，编辑于2022年，星期六VPP：
14、编程电源端（：编程电源端（25V）EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324A10 A0：地址线端：地址线端D7 D0：数据线端：数据线端PD/PGM：编程控制端：编程控制端VCC：工作电源端：工作电源端GND：接地端：接地端管脚排列和功能第25页，共50页，编辑于2022年，星期六 编程时，编程时，VPP接接25V电电源，片选信号端接高电平，源，片选信号端接高电平，在在PD/PGM加脉宽为加脉宽为50ms的正的正脉冲。脉冲。工作时，工作时，VPP与与VCC一起一起接接5V电源，电源，PD/PGM
15、与片选与片选信号端连接在一起作为片选信信号端连接在一起作为片选信号，当出现低电平号，当出现低电平0时便可从时便可从该片中读取数据。该片中读取数据。EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324编程方式和工作方式第26页，共50页，编辑于2022年，星期六2 RAM6116 RAM6116是一种容量为16K（20488）的静态RAM存储器RAM6116VCCA8A9A10I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O1I/O2I/O3A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324第27页，共50页
16、，编辑于2022年，星期六A10 A0：地址线端：地址线端I/O8 I/O1：数据线端：数据线端VCC：工作电源端：工作电源端GND：接地端：接地端管脚排列和功能RAM6116VCCA8A9A10I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O1I/O2I/O3A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324第28页，共50页，编辑于2022年，星期六例：用例：用1片片2716和和3片片6116组成组成64K（2048 8 4）存储器）存储器A10A02716A10A0D7 D06116A10A0D7 D06116A10A0D7 D06116A10A0D7 D0.译译码码器器D7D0A12A
17、11(1)(3)(2)第29页，共50页，编辑于2022年，星期六例：用例：用1片片2716和和3片片6116组成组成64K（2048 8 4）存储器）存储器对应对应单元号单元号译码器译码器输入输入A12 A11地址地址范围范围(H)0 00 11 01 1译码器译码器输出输出选中选中芯片芯片27166116(1)6116(2)6116(3)000007FF08000FFF100017FF18001FFF02047204840954096614361448192第30页，共50页，编辑于2022年，星期六2114 RAM(1k 4)1 2 3 4 5 6 7 8 918 17 16 15 14
18、 13 12 11 10I/O0I/O1I/O2I/O33 RAM2114第31页，共50页，编辑于2022年，星期六RAM位数的扩展：位数的扩展：用用2片片RAM2114由由(1k 4位）扩展为位）扩展为(1k 8位位)I/O I/O I/O I/OI/O I/O I/O I/OI/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0第32页，共50页，编辑于2022年，星期六RAM字数的扩展：字数的扩展：用用2片片RAM2114由由(1k 4位）扩展为位）扩展为(2k 4位位)I/O I/O I/O I/OI/O I/O I/O I/OI/O3I/O2I/O0I/O11A10=0选
19、中第选中第1片片A10=1选中第选中第2片片第33页，共50页，编辑于2022年，星期六5 可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLDProgrammable Logic Device）可编程逻辑器件是一种可以由用户编程执行一定逻辑功能的大规模集成可编程逻辑器件是一种可以由用户编程执行一定逻辑功能的大规模集成电路。其核心部件是一个电路。其核心部件是一个与阵列与阵列和一个和一个或阵列或阵列，用户通过，用户通过编程器编程器对对与阵列与阵列或或或阵列或阵列进行编程，可以实现各种组合逻辑关系或时序逻辑功能。进行编程，可以实现各种组合逻辑关系或时序逻辑功能。输输入入电电路路与与阵阵列列或或阵阵列列输输出出电电
20、路路.输输入入项项输输出出项项乘乘积积项项和和项项第34页，共50页，编辑于2022年，星期六导线交叉点的含义导线交叉点的含义固定连接：固定连接：PLD出厂时，出厂时，厂家已将该点厂家已将该点“固化固化”成永成永久性连接点，久性连接点，用户不能改变。用户不能改变。编程连接：编程连接：厂家留给用户编程厂家留给用户编程用。用户编程时，用。用户编程时，需要两线连通，则需要两线连通，则保留保留“”号，需号，需要两线断开，则擦要两线断开，则擦除除“”号。号。断开连接断开连接第35页，共50页，编辑于2022年，星期六与阵列的习惯画法或阵列的习惯画法A B CFF=A+B+CF=ABCA B CF第36页
21、，共50页，编辑于2022年，星期六一次可编程一次可编程ROM（PROM）可编程逻辑阵列（可编程逻辑阵列（PLA）Programmable Logic Array可编程阵列逻辑（可编程阵列逻辑（PAL）Programmable Array logic通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GAL）Generic Array LogicPLD第37页，共50页，编辑于2022年，星期六1 一次可编程一次可编程ROM（PROM）与阵列或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1 PROM由固定的与阵由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。列和可编程的或阵列组成。与阵列由输入变量的原码或反码和与门的输入线作固定连
22、接。若输入变量为2，必须输出4个固定的乘积项。第38页，共50页，编辑于2022年，星期六 或阵列由与门的输出线和或门的输入线组成，其交叉处制造厂家用熔丝连接。用户可以根据逻辑要求将某些熔丝熔断，达到编程的目的。熔丝一旦熔断不能再恢复，所以只能进行一次编程。字线字线位线位线与阵列或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1第39页，共50页，编辑于2022年，星期六例：可编程逻辑器件例：可编程逻辑器件PROM作为只读存储器使用，输入为二位地址码，输出作为只读存储器使用，输入为二位地址码，输出为四位存储内容，按已给出的各存储单元的内容，对为四位存储内容，按已给出的各存储单元的内容，对PROM进
23、行编程。进行编程。地址存储内容A1 A0D3 D2 D1 D00 00 1 0 10 11 0 1 11 00 1 0 01 11 1 1 0与阵列或阵列00011011D3D2D1D0A0A1第40页，共50页，编辑于2022年，星期六2 可编程逻辑阵列（可编程逻辑阵列（PLA）P LA的与阵列和或阵的与阵列和或阵列都是可编程的。列都是可编程的。与阵列或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1 由于与阵列也是可编程的，和PROM相比较，可以只产生逻辑函数所需要的乘积项即可，使用起来更灵活、方便。若输入变量为2，不一定必须输出4个乘积项。第41页，共50页，编辑于2022年，星期六3 可编
24、程阵列逻辑（可编程阵列逻辑（PAL）与阵列或阵列 F0F1F2F3O0I0I1 PAL由可编程的由可编程的与阵列和固定的或阵与阵列和固定的或阵列组成。列组成。第42页，共50页，编辑于2022年，星期六例：画出分别用例：画出分别用PLA和和PAL实现全加的逻辑图。实现全加的逻辑图。ABC i-1CiS0000000101010010111010001101101101011111设设第43页，共50页，编辑于2022年，星期六F4A B C i-1CiSF1F2F6F7F3F5A B C i-1CiSF3F5F6F1F2F4F7F7PLAPAL第44页，共50页，编辑于2022年，星期六4 通
25、用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GAL）GAL的结构与的结构与PAL基本基本一样，只是在每个输出端增加一样，只是在每个输出端增加了一个可编程的输出宏单元，了一个可编程的输出宏单元，其输出状态可由用户定义。其输出状态可由用户定义。GAL由于速度快、功耗低、由于速度快、功耗低、集成度高，可多次编程，使用灵集成度高，可多次编程，使用灵活方便，是各种活方便，是各种PLD中最为流中最为流行的一种。行的一种。GAL16V8VCCF7F6F2F1F0I8I3I1I2I4I5I6I7GND1101120F5F4F3I9/OEI0/CLK第45页，共50页，编辑于2022年，星期六GAL16V8VCCF7F6F2F1
26、F0I8I3I1I2I4I5I6I7GND1101120F5F4F3I9/OEI0/CLKI1 I8作固定输入，作固定输入，还可以从输出端反馈回还可以从输出端反馈回8个输入，最多可达个输入，最多可达16个输个输入。在入。在16个输入中只有个输入中只有10个可编程。个可编程。F0 F7输出输出第46页，共50页，编辑于2022年，星期六5 可编程逻辑器件的编程可编程逻辑器件的编程PLD编程器编程器电缆线电缆线编译软件编译软件CUPLABELFAST MAP第47页，共50页，编辑于2022年，星期六6 复杂的可逻辑器件复杂的可逻辑器件（CPLDComplex Programmable Logic
27、 Device）和简单的和简单的PLD相比，相比，CPLD允许有更多的输入允许有更多的输入信号、更多的乘积项和更多的宏单元。信号、更多的乘积项和更多的宏单元。CPLD内部含有多个逻辑单元块，每个逻辑单内部含有多个逻辑单元块，每个逻辑单元块相当于一个元块相当于一个GAL。CPLD的最大特点是的最大特点是“在系统可编程在系统可编程”。第48页，共50页，编辑于2022年，星期六7 在系统可编程在系统可编程（ISPIn-system Programmability）在系统可编程是指未编程的在系统可编程是指未编程的ISP器件可以直接焊接在印刷器件可以直接焊接在印刷电路板上，然后通过计算机的并行口和专用
28、的编程电缆对焊接在电电路板上，然后通过计算机的并行口和专用的编程电缆对焊接在电路板上的路板上的ISP器件直接多次编程。器件直接多次编程。在系统可编程不需要使用专用的编程器，因为已将原来属于编在系统可编程不需要使用专用的编程器，因为已将原来属于编程器的编程电路及升压电路集成在程器的编程电路及升压电路集成在ISP器件内部了。器件内部了。在系统可编程技术使得调试过程不需要反复插拔芯片，不会在系统可编程技术使得调试过程不需要反复插拔芯片，不会产生引脚弯曲变形现象，提高了可靠性；可以随时对焊接在电路产生引脚弯曲变形现象，提高了可靠性；可以随时对焊接在电路板上的板上的ISP器件进行逻辑修改，加快了数字系统的调试过程。器件进行逻辑修改，加快了数字系统的调试过程。第49页，共50页，编辑于2022年，星期六The End第50页，共50页，编辑于2022年，星期六