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1、数电半导体存储器可编程逻辑器件第1 页，本讲稿共50 页 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。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。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10241（1K）,2048 8（16K）等。计算机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。外存储器要求存储容量大，一般采用磁盘、光盘等。1 半导体存储器概述第2 页，本讲稿共50 页半导体存储器ROMRAM静态RAM动态RAM掩模ROM（不可改写ROM、固定ROM）一次可编程ROM（PROM）光
2、可擦除可编程ROM（EPROM）电可擦除可编程ROM（E2PROM）ROMRead Only memoryRAMRandom Access Memory第3 页，本讲稿共50 页2 ROM 存储器1 掩模ROM由二极管构成的掩模ROM2/4 线地址译码器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0存储矩阵 掩模ROM 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ROM 制成，其存储的数据固定不变。第4 页，本讲稿共50 页4 条字线位线两位地址输入2/4 线地址译码器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0存储矩阵存储容量：4 4=16第5 页，本讲稿共50 页2/4
3、 线地址译码器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0A1A0=00选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在Y0线上的二极管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理第6 页，本讲稿共50 页地址 字线 位线（存储内容）A1 A0Y3 Y2 Y1 Y0D3 D2 D1 D00 0 0 0 0 1 0 1 0 10 1 0 0 1 0 1 0 1 11 0 0 1 0 0 0 1 0 01 1 1 0 0 0 1 1 1 0存储内容列表第7 页，本讲稿共50 页2/4 线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0输出缓冲器D3D2D1D0+UCC由三极管构成的掩模ROM第8
4、页，本讲稿共50 页A1A0=00选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在Y0线上的三极管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理2/4 线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0输出缓冲器D3D2D1D0+UCC第9 页，本讲稿共50 页由 NMOS管构成的掩模ROM2/4 线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0D3D2D1D0+UCC1 1 1 1负载管第10 页，本讲稿共50 页2/4 线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0D3D2D1D0+UCC1 1 1 1负载管A1A0=00选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在Y0线上的NMOS管导通D2=1、D0=1D3D2D1
5、D0=0101工作原理第11 页，本讲稿共50 页2 一次可编程ROM（PROM）PROM 在出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可以根据自己需要，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为0（或1）。由二极管构成的PROM2/4 线地址译码器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0第12 页，本讲稿共50 页2/4 线地址译码器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1，欲使某些单元改写为0，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。熔丝熔断后不能再恢复，因此PROM 只能改写一次。第13 页，本讲稿共50 页3 光
6、可擦除可编程ROM（EPROM）EPROM 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。4 电可擦除可编程ROM（E2PROM）E2PROM 和EPROM 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。E2PROM 具有ROM 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1万次以上）。第14 页，本讲稿共50 页例：用ROM 实现十进制数码显示D7D6D5D4D3D1D2AabefgcdBCDabcdefgA3A2A1A0ROM8421BCD 码ROM 地址输入
7、端ROM 数据输出端七段数码显示器输入端第15 页，本讲稿共50 页例：用ROM 实现十进制数码显示D7D6D5D4D3D1D2AabefgcdBCDabcdefgA3A2A1A0ROMA3 A2A1 A0=0000D1D2D3D4D5D6D7=abcdefg=1111110 显示数字0第16 页，本讲稿共50 页3 RAM 存储器1 静态RAM 的基本存储电路 RAM 存储器和 ROM 存储器的结构大同小异，只是基本存储电路不同。基本存储电路即存储矩阵中的存储单元，用来存储“0”或“1”。字线位线D 位线DT1T2T3T4T5T6A B+5V第17 页，本讲稿共50 页T1、T2控制管T3、
8、T4负载管四管构成一个 R-S 触发器，用来存储“0”或“1”。字线位线D 位线DT1T2T3T4T5T6A B+5V第18 页，本讲稿共50 页T5、T6开关管受字线上电位的控制。字线位线D 位线DT1T2T3T4T5T6A B+5V第19 页，本讲稿共50 页字线位线D 位线DT1T2T3T4T5T6A B+5V静态RAM 存储器的特点：数据由触发器记忆，只要不断电，数据能长久保存。但每个存储单元所用管子数目多，功耗大，集成度受到限制，不适宜大容量存储器。第20 页，本讲稿共50 页2 动态RAM 的基本存储电路字线位线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
9、容第21 页，本讲稿共50 页动态RAM 存储器的特点：由于是单管（或三管）结构，适宜于大容量存储器。字线位线TCCD 为了节省面积，C 的容量不能太大，一般都比CD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，必须定期给C 充电，即刷新，以避免数据的丢失。第22 页，本讲稿共50 页3 存储矩阵存储矩阵地址译码器读/写控制电路读/写线数据线第23 页，本讲稿共50 页4 集成电路存储器芯片1 EPROM2716EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND112 1324 EPROM2716 是一种容
10、量为16K（2048 8）的光可擦除可编程ROM 存储器第24 页，本讲稿共50 页VPP：编程电源端（25V）EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND112 1324A10 A0：地址线端D7 D0：数据线端PD/PGM：编程控制端VCC：工作电源端GND：接地端管脚排列和功能第25 页，本讲稿共50 页 编程时，VPP接25V 电源，片选信号端接高电平，在PD/PGM 加脉宽为50ms 的正脉冲。工作时，VPP与VCC一起接5V 电源，PD/PGM 与片选信号端连接在一起作为片选信号，当出现低电平0时便可
11、从该片中读取数据。EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND112 1324编程方式和工作方式第26 页，本讲稿共50 页2 RAM6116 RAM6116 是一种容量为16K（2048 8）的静态RAM 存储器RAM6116VCCA8A9A10I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O1I/O2I/O3A7A4A6A5A3A2A1A0GND112 1324第27 页，本讲稿共50 页A10 A0：地址线端I/O8 I/O1：数据线端VCC：工作电源端GND：接地端管脚排列和功能RAM6116VCCA8A9
12、A10I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O1I/O2I/O3A7A4A6A5A3A2A1A0GND112 1324第28 页，本讲稿共50 页例：用1片2716和3片6116 组成64K（20488 4）存储器A10A02716A10A0D7 D06116A10A0D7 D06116A10A0D7 D06116A10A0D7 D0.译码器D7D0A12A11(1)(3)(2)第29 页，本讲稿共50 页例：用1 片2716 和3 片6116 组成64K（2048 8 4）存储器对应单元号译码器输入A12 A11地址范围(H)0 00 11 01 1译码器输出选中芯片27166116(
13、1)6116(2)6116(3)000007FF08000FFF100017FF18001FFF02047204840954096614361448192第30 页，本讲稿共50 页2114 RAM(1k 4)1 2 3 4 5 6 7 8 918 17 16 15 14 13 12 11 10I/O0I/O1I/O2I/O33 RAM2114第31 页，本讲稿共50 页RAM 位数的扩展：用2 片RAM2114 由(1k 4 位）扩展为(1k 8 位)I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/OI/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0第32 页，本讲
14、稿共50 页RAM 字数的扩展：用2 片RAM2114 由(1k 4 位）扩展为(2k 4 位)I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/OI/O3I/O2I/O0I/O11A10=0 选中第1 片A10=1 选中第2 片第33 页，本讲稿共50 页5 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电路。其核心部件是一个与阵列和一个或阵列，用户通过编程器对与阵列或或阵列进行编程，可以实现各种组合逻辑关系或时序逻辑功能。输入电路与阵列或阵列输出电路.输入项输出项乘积项和项第34 页，本讲稿
15、共50 页导线交叉点的含义固定连接：PLD出厂时，厂家已将该点“固化”成永久性连接点，用户不能改变。编程连接：厂家留给用户编程用。用户编程时，需要两线连通，则保留“”号，需要两线断开，则擦除“”号。断开连接第35 页，本讲稿共50 页与阵列的习惯画法 或阵列的习惯画法A B CFF=A+B+C F=ABCA B CF第36 页，本讲稿共50 页一次可编程ROM（PROM）可编程逻辑阵列（PLA）Programmable Logic Array可编程阵列逻辑（PAL）Programmable Array logic通用阵列逻辑（GAL）Generic Array LogicPLD第37 页，本讲
16、稿共50 页1 一次可编程ROM（PROM）与阵列 或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1 PROM 由固定的与阵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接。若输入变量为2，必须输出4 个固定的乘积项。第38 页，本讲稿共50 页 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。字线位线与阵列 或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1第39 页，本讲稿共50 页例：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，输出为
17、四位存储内容，按已给出的各存储单元的内容，对PROM进行编程。地址 存储内容A1 A0D3 D2 D1 D00 0 0 1 0 10 1 1 0 1 11 0 0 1 0 01 1 1 1 1 0与阵列 或阵列00011011D3D2D1D0A0A1第40 页，本讲稿共50 页2 可编程逻辑阵列（PLA）P LA 的与阵列和或阵列都是可编程的。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，本讲稿共50 页3 可编程阵列逻辑（PA
18、L）与阵列 或阵列 F0F1F2F3O0I0I1 PAL 由可编程的与阵列和固定的或阵列组成。第42 页，本讲稿共50 页例：画出分别用PLA和PAL 实现全加的逻辑图。A B C i-1CiS0 0 0 0 00 0 1 0 10 1 0 0 10 1 1 1 01 0 0 0 11 0 1 1 01 1 0 1 01 1 1 1 1设第43 页，本讲稿共50 页F4A B C i-1CiSF1F2F6F7F3F5A B C i-1CiSF3F5F6F1F2F4F7F7PLA PAL第44 页，本讲稿共50 页4 通用阵列逻辑（GAL）GAL 的结构与PAL 基本一样，只是在每个输出端增加了
19、一个可编程的输出宏单元，其输出状态可由用户定义。GAL 由于速度快、功耗低、集成度高，可多次编程，使用灵活方便，是各种PLD 中最为流行的一种。GAL16V8VCCF7F6F2F1F0I8I3I1I2I4I5I6I7GND110 1120F5F4F3I9/OEI0/CLK第45 页，本讲稿共50 页GAL16V8VCCF7F6F2F1F0I8I3I1I2I4I5I6I7GND110 1120F5F4F3I9/OEI0/CLKI1 I8作固定输入，还可以从输出端反馈回8个输入，最多可达16个输入。在16个输入中只有10个可编程。F0 F7输出第46 页，本讲稿共50 页5 可编程逻辑器件的编程P
20、LD编程器电缆线编译软件CUPLABELFAST MAP第47 页，本讲稿共50 页6 复杂的可逻辑器件（CPLDComplex Programmable Logic Device）和简单的PLD相比，CPLD 允许有更多的输入信号、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，每个逻辑单元块相当于一个GAL。CPLD 的最大特点是“在系统可编程”。第48 页，本讲稿共50 页7 在系统可编程（ISPIn-system Programmability）在系统可编程是指未编程的ISP 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的编程电缆对焊接在电路板上的ISP 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程器的编程电路及升压电路集成在ISP 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ISP 器件进行逻辑修改，加快了数字系统的调试过程。第49 页，本讲稿共50 页The End第50 页，本讲稿共50 页