第11章 常用中大規(guī)模數(shù)字集成電路

1、第第1111章章 常用中大規(guī)模數(shù)字集成電路常用中大規(guī)模數(shù)字集成電路11.1 55511.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理n11.1.1 55511.1.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理n555555集成定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的集成定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的器件，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與引腳功能如圖器件，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與引腳功能如圖11-111-1所示。所示。圖圖11-1 555集成定時器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與引腳功能集成定時器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與引腳功能 11.1.1 55511.1.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理n11.1.1.1 55511.1.1.1

2、555集成定時器電路的組成集成定時器電路的組成n(1) (1) 電阻分壓器和電壓比較器由電阻分壓器和電壓比較器由3 3個等值的電阻個等值的電阻 R R 和和2 2個集成運放比較器個集成運放比較器ICICl l、ICIC2 2構(gòu)成。電源電壓構(gòu)成。電源電壓U UCCCC經(jīng)經(jīng)分壓取得比較器的輸入?yún)⒖茧妷?，在分壓取得比較器的輸入?yún)⒖茧妷?，在COCO端無外加控端無外加控制電壓時，比較器制電壓時，比較器ICICl l輸入?yún)⒖茧妷簽檩斎雲(yún)⒖茧妷簽? 2U UCCCC/3/3，比較，比較器器ICIC2 2輸入?yún)⒖茧妷簽檩斎雲(yún)⒖茧妷簽閁 UCCCC/3/3。COCO端如有外加控制電壓端如有外加控制電壓可改變參考

3、電壓值?？筛淖儏⒖茧妷褐?。n(2) (2) 基本基本RSRS觸發(fā)器由兩個比較器輸出電位控制其狀觸發(fā)器由兩個比較器輸出電位控制其狀態(tài)。態(tài)。 為觸發(fā)器復(fù)位端，當(dāng)為觸發(fā)器復(fù)位端，當(dāng) =0=0時，觸發(fā)器反相輸時，觸發(fā)器反相輸出出 =1=1，使定時器輸出，使定時器輸出u uo o=0=0，同時使，同時使VTVT導(dǎo)通。導(dǎo)通。RQR11.1.1 55511.1.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理n(3) (3) 輸出緩沖器和開關(guān)管由反相放大器和集電極開輸出緩沖器和開關(guān)管由反相放大器和集電極開路的三極管路的三極管VTVT構(gòu)成，反相放大器用以提高負載能力構(gòu)成，反相放大器用以提高負載能力并起到隔離作用。并

4、起到隔離作用。VTVT的集電極電流可達的集電極電流可達500 500 mAmA，能，能驅(qū)動較大的灌電流負載。驅(qū)動較大的灌電流負載。n555555集成定時器可在較寬的電源電壓范圍集成定時器可在較寬的電源電壓范圍(4.5(4.518V)18V)內(nèi)正常工作，但各輸入端的信號電壓不可超過電源內(nèi)正常工作，但各輸入端的信號電壓不可超過電源電壓值。電壓值。11.1.1 55511.1.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理n11.1.1.2 55511.1.1.2 555集成定時器的基本工作原理集成定時器的基本工作原理n當(dāng)當(dāng)COCO端無外接控制電壓時，端無外接控制電壓時，555555集成定時器的工作狀集

5、成定時器的工作狀態(tài)取決于置位端態(tài)取決于置位端 、TH TH 和和 的狀態(tài)。的狀態(tài)。n(1) (1) 當(dāng)當(dāng) =0=0時，時， =1=1，u uo o=0=0，VTVT飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。n(2) (2) 當(dāng)當(dāng) =1=1且且V VTHTH2 2U UCCCC/3/3、 U UCCCC/3/3時，時，ICICl l=0=0、ICIC2 2 =1=1， =1=1、Q Q=0=0，u uo o=0=0，VTVT飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。n(3) (3) 當(dāng)當(dāng) =1=1且且V VTHTH2 2U UCCCC/3/3、 U UCCCC/3/3時，時，ICICl l=1=1、ICIC2 2=1=1， 、Q Q不變，

6、不變，u uo o不變，不變，VTVT狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。n(4) (4) 當(dāng)當(dāng) =1=1且且V VTHTH2 2U UCCCC/3/3、 U UCCCC/3/3時，時，ICICl l=1=1、ICIC2 2=0=0， =0=0、Q Q=1=1，VTVT截止。截止。RQRQRQRQRTRVTRVTRV11.1.1 55511.1.1 555定時器的工作原理定時器的工作原理n綜上得到綜上得到555555集成定時器的邏輯功能表，見表集成定時器的邏輯功能表，見表11-111-1。uoVT00導(dǎo)通導(dǎo)通2UCC/3UCC/310導(dǎo)通導(dǎo)通UCC/31保持保持保持保持R R1 1，則，則D D=0.5=0.

7、5，也即輸出信號的正、負，也即輸出信號的正、負向脈沖寬度接近相等。向脈沖寬度接近相等。11212122tRRDttRR11.1.2 55511.1.2 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用n3. 3. 多諧振蕩器應(yīng)用舉例多諧振蕩器應(yīng)用舉例n(1) (1) 模擬聲響發(fā)生器。用兩個多諧振蕩器可構(gòu)成模模擬聲響發(fā)生器。用兩個多諧振蕩器可構(gòu)成模擬聲響發(fā)生器，如圖擬聲響發(fā)生器，如圖11-6(a)11-6(a)所示。圖中振蕩器所示。圖中振蕩器I I的的輸出輸出u uo1o1接至振蕩器接至振蕩器的復(fù)位輸入端的復(fù)位輸入端(4(4腳腳) )，振蕩器，振蕩器的輸出的輸出u uo2o2驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。適當(dāng)選擇驅(qū)動揚聲器發(fā)聲

8、。適當(dāng)選擇R R、C C的參數(shù)值的參數(shù)值，使振蕩器，使振蕩器I I的振蕩頻率為的振蕩頻率為l Hzl Hz，振蕩器，振蕩器的振蕩頻的振蕩頻率為率為2kHz2kHz。在。在u uo1o1輸出正向脈沖期間，輸出正向脈沖期間，u uo2o2有有2kHz2kHz音頻音頻信號輸出，揚聲器發(fā)聲；在信號輸出，揚聲器發(fā)聲；在u uo1o1輸出負向脈沖期間，輸出負向脈沖期間，振蕩器振蕩器的定時器被復(fù)位，振蕩器的定時器被復(fù)位，振蕩器停止振蕩，停止振蕩，u uo2o2 輸出恒定不變的高電位，此時揚聲器無音頻輸出。輸出恒定不變的高電位，此時揚聲器無音頻輸出。工作波形如圖工作波形如圖11-6(b)11-6(b)所示。所

9、示。圖圖11-6 用兩個多諧振蕩器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生器用兩個多諧振蕩器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生器11.1.2 55511.1.2 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用11.1.2 55511.1.2 555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用n(2) (2) 電壓電壓- -頻率轉(zhuǎn)換器。由頻率轉(zhuǎn)換器。由555555集成定時器構(gòu)成的多集成定時器構(gòu)成的多諧振蕩器中，若定時器控制輸入端不經(jīng)電容接地，諧振蕩器中，若定時器控制輸入端不經(jīng)電容接地，而是外加一個可變的電壓源，則通過調(diào)節(jié)該電壓源而是外加一個可變的電壓源，則通過調(diào)節(jié)該電壓源的值，可以改變定時器觸發(fā)電位和閾值電位的大小的值，可以改變定時器觸發(fā)電位和閾值電位的大小。外加電壓

10、越大，振蕩器輸出脈沖周期越大，即頻。外加電壓越大，振蕩器輸出脈沖周期越大，即頻率越低；外加電壓越小，振蕩器輸出脈沖周期越小率越低；外加電壓越小，振蕩器輸出脈沖周期越小，即頻率越高。這樣，多諧振蕩器就實現(xiàn)了將輸入，即頻率越高。這樣，多諧振蕩器就實現(xiàn)了將輸入電壓大小轉(zhuǎn)換成輸出頻率高低的電壓電壓大小轉(zhuǎn)換成輸出頻率高低的電壓- -頻率轉(zhuǎn)換器的頻率轉(zhuǎn)換器的功能。功能。11.2 11.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換n隨著數(shù)字計算機的廣泛應(yīng)用，模擬量和數(shù)字量的相隨著數(shù)字計算機的廣泛應(yīng)用，模擬量和數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換變得十分重要。例如，用數(shù)字系統(tǒng)對生產(chǎn)過互轉(zhuǎn)換變得十分重要。例如，用數(shù)字系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行

11、控制。由于生產(chǎn)過程所處理的常常是反映溫程進行控制。由于生產(chǎn)過程所處理的常常是反映溫度、壓力、流量和位移等變化的模擬量，不能為數(shù)度、壓力、流量和位移等變化的模擬量，不能為數(shù)字系統(tǒng)所直接處理，需要先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之相字系統(tǒng)所直接處理，需要先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)由數(shù)字系統(tǒng)進行處理；經(jīng)處理后對應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)由數(shù)字系統(tǒng)進行處理；經(jīng)處理后的輸出為數(shù)字量，需要再將它轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的的輸出為數(shù)字量，需要再將它轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的模擬量，去控制執(zhí)行機構(gòu)工作。再如在數(shù)字儀表中模擬量，去控制執(zhí)行機構(gòu)工作。再如在數(shù)字儀表中，也必須將被測的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能實現(xiàn)，也必須將被測的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量

12、，才能實現(xiàn)數(shù)字顯示。數(shù)字顯示。n將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號稱為數(shù)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號稱為數(shù)/ /模模(D/A)(D/A)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)D/AD/A轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器( (簡稱簡稱DAC)DAC)。將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號稱為模。將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號稱為模/ /數(shù)數(shù)(A/D)(A/D)轉(zhuǎn)換，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，能實現(xiàn)A/DA/D轉(zhuǎn)換的電路稱為模轉(zhuǎn)換的電路稱為模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器( (簡稱簡稱ADC)ADC)。這個控制過程如圖。這個控制過程如圖11-711-7所示。所示。n數(shù)數(shù)/ /模和模模和模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器是計算機與外部設(shè)備的重

13、要接數(shù)轉(zhuǎn)換器是計算機與外部設(shè)備的重要接口，也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件，隨口，也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件，隨著微機和集成電路的發(fā)展，數(shù)著微機和集成電路的發(fā)展，數(shù)/ /模和模模和模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用越來越普遍。用越來越普遍。圖圖11-7 數(shù)模處理系統(tǒng)數(shù)模處理系統(tǒng)11.2 11.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換nD/AD/A轉(zhuǎn)換器的作用是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比的輸出模擬量。由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每字量成正比的輸出模擬量。由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的一位都有一定的“權(quán)權(quán)”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成，因此為了

14、將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將數(shù)字量中的每一位代碼按其模擬量，必須將數(shù)字量中的每一位代碼按其“權(quán)權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位代碼的模轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位代碼的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量。這擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量。這就是構(gòu)成數(shù)就是構(gòu)成數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器的基本思想。常用的模轉(zhuǎn)換器的基本思想。常用的D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器有權(quán)電阻器有權(quán)電阻DACDAC、R R-2-2R RT T型電阻型電阻DACDAC、R R-2-2R R 倒倒T T型電阻型電阻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)DACDAC等幾種類型。由于倒等幾種類型。由于倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換

15、器轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，獲得了廣泛的應(yīng)用，下面簡要介的轉(zhuǎn)換速度較快，獲得了廣泛的應(yīng)用，下面簡要介紹它的工作原理。紹它的工作原理。11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n11.2.1.1 11.2.1.1 R R-2-2R R 倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器n倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器是由倒轉(zhuǎn)換器是由倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬電子開關(guān)、求和放大器及基準電壓電子開關(guān)、求和放大器及基準電壓U UREFREF等幾個主要部等幾個主要部分

16、組成，如圖分組成，如圖11-811-8所示。所示。圖圖11-8 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n4 4個可模擬電子開關(guān)受數(shù)字量的數(shù)字代碼控制，當(dāng)個可模擬電子開關(guān)受數(shù)字量的數(shù)字代碼控制，當(dāng)D D3 3D D0 0輸入的信號是輸入的信號是“1 1”時，電子開關(guān)將把電阻時，電子開關(guān)將把電阻2 2R R接接到求和放大器的反相輸入端；輸入的信號是到求和放大器的反相輸入端；輸入的信號是“0 0”時時，將電阻接地。因為運算放大器的反相輸入端為，將電阻接地。因為運算放大器的反相輸入端為“虛地虛地”，所以模擬電子開關(guān)無論在哪個位置，所以模擬電

17、子開關(guān)無論在哪個位置，2 2R R電電阻的上端都是接地。流過每一個阻的上端都是接地。流過每一個2 2R R電阻的電流始終電阻的電流始終不變。在圖不變。在圖11-811-8中，從中，從A A、B B、C C、D D任何一個結(jié)點往任何一個結(jié)點往右看，其等效電阻均為右看，其等效電阻均為R R。因此，由基準電壓。因此，由基準電壓U UREFREF提提供的電流供的電流I I= =U UREFREF/ /R R保持恒定。該電流每經(jīng)過一個結(jié)點保持恒定。該電流每經(jīng)過一個結(jié)點，便分為相等的兩路電流流出。因此輸出電壓為，便分為相等的兩路電流流出。因此輸出電壓為11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器

18、(DAC)(DAC)n取取R RF F= =R R，并設(shè)倒，并設(shè)倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)有型電阻網(wǎng)絡(luò)有n n位，則輸出電壓為位，則輸出電壓為nn (11-1) (11-1)n由此可見，輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比，由此可見，輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比，從而實現(xiàn)數(shù)從而實現(xiàn)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換。模轉(zhuǎn)換。3210FREF32304(2222 )2R UDDDDR 1210REFo-1-210(22.22 )2nnnnnUuDDDD oFFF323024816IIIIui RRDDDD 11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n11.2.1.2 D/A11.2.1.2

19、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)n1. 1. 分辨率分辨率n分辨率是說明分辨率是說明DACDAC輸出最小電壓的能力。它是指最小輸出最小電壓的能力。它是指最小輸出電壓輸出電壓( (對應(yīng)的輸入數(shù)字量僅最低位為對應(yīng)的輸入數(shù)字量僅最低位為1)1)與最大輸與最大輸出電壓出電壓( (對應(yīng)的輸入數(shù)字量各有效位全為對應(yīng)的輸入數(shù)字量各有效位全為1)1)之比。之比。n分辨率分辨率= = n式中，式中，n n表示輸入數(shù)字量的位數(shù)。可見，表示輸入數(shù)字量的位數(shù)。可見，n n越大，分越大，分辨最小輸出電壓的能力也越強，分辨率越高。如辨最小輸出電壓的能力也越強，分辨率越高。如8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器，最小

20、輸出電壓與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最小輸出電壓與數(shù)字0000000100000001對應(yīng)，而對應(yīng)，而最大輸出電壓與數(shù)字最大輸出電壓與數(shù)字1111111111111111對應(yīng)。所以，分辨率對應(yīng)。所以，分辨率1/(21/(28 81)=1/255=0.00391)=1/255=0.0039。121n11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n2. 2. 精度精度n精度指輸出模擬電壓的實際值和理論值之差，即最精度指輸出模擬電壓的實際值和理論值之差，即最大靜態(tài)誤差，誤差主要是參考電壓偏離標(biāo)準值、運大靜態(tài)誤差，誤差主要是參考電壓偏離標(biāo)準值、運算放大器零點漂移、模擬開關(guān)的壓降或電阻值誤

21、差算放大器零點漂移、模擬開關(guān)的壓降或電阻值誤差等引起的。顯然，這個差值越小，電路的轉(zhuǎn)換精度等引起的。顯然，這個差值越小，電路的轉(zhuǎn)換精度越高。越高。n3. 3. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度n轉(zhuǎn)換速度指轉(zhuǎn)換速度指D/AD/A轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的最大時間轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的最大時間。即。即DACDAC從輸入數(shù)字信號開始到輸出模擬電壓或電流從輸入數(shù)字信號開始到輸出模擬電壓或電流達到穩(wěn)定值時所用的時間。達到穩(wěn)定值時所用的時間。11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n4. 4. 線性度線性度n通常用非線性誤差的大小表示通常用非線性誤差的大小表示D/A D/A 轉(zhuǎn)換器的線性

22、度轉(zhuǎn)換器的線性度，并且把偏離理想的輸入，并且把偏離理想的輸入- -輸出特性的偏差與滿刻輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數(shù)定義為非線性誤差。度輸出之比的百分數(shù)定義為非線性誤差。n除以上幾個主要技術(shù)數(shù)據(jù)外，還有輸入電壓的高低除以上幾個主要技術(shù)數(shù)據(jù)外，還有輸入電壓的高低電平、功率消耗和溫度系數(shù)等，使用時可查閱有關(guān)電平、功率消耗和溫度系數(shù)等，使用時可查閱有關(guān)資料。資料。11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n11.2.1.3 11.2.1.3 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器簡介轉(zhuǎn)換器簡介nR R-2-2R R倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DACDAC的電阻網(wǎng)絡(luò)只有兩

23、種阻值，的電阻網(wǎng)絡(luò)只有兩種阻值，便于集成，而且由于流過各支路的電流恒定不變，便于集成，而且由于流過各支路的電流恒定不變，因此在開關(guān)狀態(tài)變化時，不需要電流建立時間，所因此在開關(guān)狀態(tài)變化時，不需要電流建立時間，所以轉(zhuǎn)換速度高，是目前應(yīng)用最多的以轉(zhuǎn)換速度高，是目前應(yīng)用最多的DACDAC集成電路，按集成電路，按輸入的二進制數(shù)的位數(shù)分類有輸入的二進制數(shù)的位數(shù)分類有8 8位、位、1010位、位、1212位和位和1616位等。例如，位等。例如，5G75205G7520是是1010位的倒位的倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)集成型電阻網(wǎng)絡(luò)集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器。倒轉(zhuǎn)換器。倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)、型電阻網(wǎng)絡(luò)、CMOSCMOS模擬開

24、關(guān)、求和模擬開關(guān)、求和放大器的反饋電阻被集成，求和放大器是外接的，放大器的反饋電阻被集成，求和放大器是外接的，如圖如圖11-911-9所示。其中所示。其中D D0 0D D9 9是輸入的是輸入的1010位數(shù)字量，位數(shù)字量，U UREFREF是基準電壓。是基準電壓。 圖圖11-9 5G7520 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n由于輸入是由于輸入是1010位的數(shù)字量，故把位的數(shù)字量，故把n n=l0=l0代入式代入式(11-1)(11-1)，可得對應(yīng)的模擬量輸出。，可得對應(yīng)的模擬量輸出。3 3個調(diào)零電位器是：個調(diào)零電位器是：RPRP3

25、3是是調(diào)零電位器，通過調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，通過調(diào)節(jié)RPRP3 3，使輸入電壓為，使輸入電壓為0 0時，輸出時，輸出電壓也為電壓也為0 0；RPRP1 1是是R R1 1上串接的外接電阻，可用來增加上串接的外接電阻，可用來增加輸出電壓，方法是將輸入數(shù)字全接輸出電壓，方法是將輸入數(shù)字全接1 1，調(diào)，調(diào)RPRP1 1使使u uo o達到達到預(yù)定滿量程值；預(yù)定滿量程值；RPRP2 2是用來減少輸出電壓的，方法與是用來減少輸出電壓的，方法與調(diào)調(diào)RPRP1 1相同。相同。11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n如圖如圖11-1011-10所示是另一種所示是另一種D/AD/A

26、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0808DAC0808的引腳排的引腳排列圖和接線圖。列圖和接線圖。圖圖11-10 集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器11.2.1 11.2.1 數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DAC)(DAC)n【例例11.111.1】 計算計算1010位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。若轉(zhuǎn)換器的分辨率。若R Rt t=5V=5V，試計算最大輸出模擬電壓和最小輸出模擬電壓；，試計算最大輸出模擬電壓和最小輸出模擬電壓；當(dāng)當(dāng)D D為為10000100111000010011時的輸出電壓。時的輸出電壓。n解：解：D D=1111111111=1111111111時，輸出模擬電壓最大為時，輸出模擬電壓最大為nD

27、D=0000000001=0000000001時，輸出模擬電壓最小為時，輸出模擬電壓最小為n分辨率為分辨率為nD D為為10000100111000010011時的輸出電壓時的輸出電壓9810omax105(1 21 2.1 21 2 )4.995V2u omin10510.004 88V2u 1010.000 97721 9410o105(1 21 21 21 2 )2.593V2u n將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要經(jīng)過采樣、保持、將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼量化和編碼4 4個步驟。如圖個步驟。如圖11-11(a)11-11(a)所示是所示是ADCADC示意示意框圖。

28、框圖。圖圖11-11 ADC示意圖示意圖11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n轉(zhuǎn)換的步驟是：輸入端輸入的模擬電壓，經(jīng)采樣、轉(zhuǎn)換的步驟是：輸入端輸入的模擬電壓，經(jīng)采樣、保持、量化和編碼保持、量化和編碼4 4個過程的處理，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二個過程的處理，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制數(shù)碼輸出。采樣就是利用模擬開關(guān)將連續(xù)變化進制數(shù)碼輸出。采樣就是利用模擬開關(guān)將連續(xù)變化的模擬量變成離散的數(shù)字量，如圖的模擬量變成離散的數(shù)字量，如圖11-11(b)11-11(b)中波形中波形所示。由于經(jīng)采樣后形成的數(shù)字量寬度較

29、窄，經(jīng)所示。由于經(jīng)采樣后形成的數(shù)字量寬度較窄，經(jīng)過保持電路可將窄脈沖展寬，形成梯形波，如圖過保持電路可將窄脈沖展寬，形成梯形波，如圖11-11-11(b)11(b)中波形所示。量化和編碼就是將梯形波中某中波形所示。量化和編碼就是將梯形波中某一階梯電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進制數(shù)碼。經(jīng)過這一一階梯電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進制數(shù)碼。經(jīng)過這一過程，就實現(xiàn)了模過程，就實現(xiàn)了模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換。目前集成模數(shù)轉(zhuǎn)換。目前集成模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器種類較多，有八位和十位模種類較多，有八位和十位模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)轉(zhuǎn)換器。11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n11.2.2.1 A/D1

30、1.2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理轉(zhuǎn)換器工作原理nA/DA/D轉(zhuǎn)換器分直接型和間接型兩大類。并行轉(zhuǎn)換器分直接型和間接型兩大類。并行A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器、計數(shù)型器、計數(shù)型A/DA/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器等屬轉(zhuǎn)換器等屬于直接型于直接型A/DA/D轉(zhuǎn)換器；單積分轉(zhuǎn)換器；單積分A/DA/D轉(zhuǎn)換器、雙積分轉(zhuǎn)換器、雙積分A/DA/D轉(zhuǎn)換器等屬于間接型轉(zhuǎn)換器等屬于間接型A/DA/D轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)以逐次逼近型轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)以逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器為例說明工作原理。轉(zhuǎn)換器為例說明工作原理。n逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器的原理是通過對模擬量不斷地轉(zhuǎn)換器的原理是通過對模

31、擬量不斷地進行逐次比較、鑒別，直到最末一位為止。這和用進行逐次比較、鑒別，直到最末一位為止。這和用天平稱物體的原理相仿。逐次逼近型天平稱物體的原理相仿。逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器的原轉(zhuǎn)換器的原理如圖理如圖11-1211-12所示。它是由數(shù)碼寄存器、所示。它是由數(shù)碼寄存器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、電壓比較器和控制電路等、電壓比較器和控制電路等4 4個基本部分組成。個基本部分組成。 圖圖11-12 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖轉(zhuǎn)換器原理框圖11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n時鐘脈沖經(jīng)控制電路先將數(shù)碼寄存器最高位置時鐘脈沖經(jīng)控制電路先將數(shù)碼寄存器最高位置1 1，

32、若寄存器是八位，則使其輸出數(shù)字為若寄存器是八位，則使其輸出數(shù)字為1000000010000000。經(jīng)經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓U Uf f，再送比較，再送比較器與采樣保持電壓器與采樣保持電壓U U1 1相比較，如果相比較，如果U U1 1U Uf f，表明數(shù)，表明數(shù)字過大，于是控制電路將寄存器的最高位的字過大，于是控制電路將寄存器的最高位的1 1清除清除，變?yōu)椋優(yōu)? 0；若；若U U1 1 U Uf f，說明寄存器內(nèi)的數(shù)字比模擬信，說明寄存器內(nèi)的數(shù)字比模擬信號小，則寄存器的最高位的號小，則寄存器的最高位的1 1保留。保留。n然后再將寄存器的次高位置然后

33、再將寄存器的次高位置1 1，同理，寄存器的輸，同理，寄存器的輸出經(jīng)出經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并與模擬信號比較，根據(jù)比較轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并與模擬信號比較，根據(jù)比較結(jié)果，決定次高位是清除還是保留。這樣逐位比結(jié)果，決定次高位是清除還是保留。這樣逐位比較下去，一直比較到最低有效位為止。顯然寄存較下去，一直比較到最低有效位為止。顯然寄存器的最后數(shù)字就是器的最后數(shù)字就是A/DA/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。轉(zhuǎn)換后的數(shù)值。11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n11.2.2.2 A/D11.2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)n1. 1. 分辨率分辨率n分辨率以二進制

34、代碼位數(shù)表示，位數(shù)越多，量化誤分辨率以二進制代碼位數(shù)表示，位數(shù)越多，量化誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，能分辨的最小輸入模擬電差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，能分辨的最小輸入模擬電壓就越小。壓就越小。n分辨率分辨率= = n式中，式中，F(xiàn)SRFSR是輸入的滿量程模擬電壓。是輸入的滿量程模擬電壓。n例如，輸入模擬電壓為例如，輸入模擬電壓為10 V10 V時，若用時，若用8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，則分辨度為轉(zhuǎn)換，則分辨度為10 V/210 V/28 8=39=3906 mV06 mV，若用，若用1010位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，則分辨度為轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，則分辨度為10 V/210 V/21010=9.7

35、6 mV=9.76 mV。2nFSR11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n2. 2. 相對誤差相對誤差n相對誤差指相對誤差指A/DA/D轉(zhuǎn)換器實際輸出數(shù)字量和理想輸出數(shù)字轉(zhuǎn)換器實際輸出數(shù)字量和理想輸出數(shù)字量之間的差別，通常以最低位有效位的倍數(shù)表示。例如量之間的差別，通常以最低位有效位的倍數(shù)表示。例如，給出相對誤差，給出相對誤差 LSBLSB/2/2。這表明實際輸出數(shù)字量和理。這表明實際輸出數(shù)字量和理論計算輸出數(shù)字量之間的誤差不大于最低值的一半。論計算輸出數(shù)字量之間的誤差不大于最低值的一半。n3. 3. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度n轉(zhuǎn)換速度指完成一次轉(zhuǎn)換速度指完成一次

36、A/DA/D轉(zhuǎn)換所需時間，轉(zhuǎn)換時間是從轉(zhuǎn)換所需時間，轉(zhuǎn)換時間是從接到模擬信號開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)接到模擬信號開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)歷的時間。轉(zhuǎn)換時間越短，說明轉(zhuǎn)換速度越高。一般低歷的時間。轉(zhuǎn)換時間越短，說明轉(zhuǎn)換速度越高。一般低速為速為l l30 ms30 ms，中速為，中速為50 50 左右，高速為左右，高速為50 ns50 ns左右。左右。n此外還有功耗、溫度系數(shù)、電源電壓和電壓范圍等。此外還有功耗、溫度系數(shù)、電源電壓和電壓范圍等。11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n11.2.2.3 A/D11.2.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的

37、應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用n雙積分雙積分A/DA/D轉(zhuǎn)換器的特點是抗干擾能力強，但轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換器的特點是抗干擾能力強，但轉(zhuǎn)換速度不高。常用的雙積分型度不高。常用的雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器如轉(zhuǎn)換器如MC14433MC14433精度精度為為3 3 位位( (指指4 4位十進制數(shù)，但最高位只能是位十進制數(shù)，但最高位只能是0 0或或1 1，通，通稱稱“半位半位”，相當(dāng)于，相當(dāng)于1111位二進制數(shù)位二進制數(shù)) )，具有功耗低、，具有功耗低、功能完備、使用靈活等優(yōu)點，但轉(zhuǎn)換速度僅為功能完備、使用靈活等優(yōu)點，但轉(zhuǎn)換速度僅為3 31010次次/ /秒，主要用于各種數(shù)字式儀表中。秒，主要用于各種數(shù)字式儀表中。n數(shù)字式萬用

38、表是電工電子技術(shù)中使用非常廣泛的測數(shù)字式萬用表是電工電子技術(shù)中使用非常廣泛的測量儀表，內(nèi)部有量儀表，內(nèi)部有A/DA/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。它具有自動化和轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。它具有自動化和智能化程度高、測量范圍廣、讀數(shù)直觀準確、過載智能化程度高、測量范圍廣、讀數(shù)直觀準確、過載能力強、直接顯示極性和測量速度快等特點。能力強、直接顯示極性和測量速度快等特點。11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n數(shù)字式萬用表電路結(jié)構(gòu)框圖如圖數(shù)字式萬用表電路結(jié)構(gòu)框圖如圖11-1311-13所示。測量時，所示。測量時，被測量被測量( (電阻、電壓、電流電阻、電壓、電流) )先轉(zhuǎn)換為適當(dāng)大小的直流

39、電先轉(zhuǎn)換為適當(dāng)大小的直流電壓，直流電壓壓，直流電壓U U經(jīng)過量程選擇電路加到經(jīng)過量程選擇電路加到ADCADC上，將轉(zhuǎn)換成上，將轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過譯碼顯示電路顯示出測量的結(jié)果。數(shù)字量，再經(jīng)過譯碼顯示電路顯示出測量的結(jié)果。圖圖11-13 數(shù)字式萬用表電路結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字式萬用表電路結(jié)構(gòu)框圖11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)n11.2.2.4 11.2.2.4 集成集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器n目前，一般用的大多是單片集成模目前，一般用的大多是單片集成模/ /數(shù)變換器，其種數(shù)變換器，其種類很多，如類很多，如ADC0801ADC0801、ADC0804ADC080

40、4和和ADC0809ADC0809等，等，ADC0804ADC0804是應(yīng)用較多的逐次逼近型集成是應(yīng)用較多的逐次逼近型集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，是是CMOSCMOS集成電路。其分辨率是集成電路。其分辨率是8 8位，相對精度位，相對精度1 1LSBLSB，轉(zhuǎn)換速度約為轉(zhuǎn)換速度約為100 s100 s。在使用時可查閱產(chǎn)品手冊，以。在使用時可查閱產(chǎn)品手冊，以了解其外引線排列及使用要求。了解其外引線排列及使用要求。nADC0804ADC0804采用采用2020引腳直插式封裝結(jié)構(gòu)，引腳排列如圖引腳直插式封裝結(jié)構(gòu)，引腳排列如圖11-1411-14所示。各引腳功能介紹如下。所示。各引腳功能介紹如下。圖

41、圖11-14 ADC0804引腳排列圖引腳排列圖VCC：電源電壓端。該芯片由單一：電源電壓端。該芯片由單一+5V電源供電。電源供電。11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)11.2.2 11.2.2 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)nV VREFREF/2/2：參考電壓端。是芯片同內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)所需用：參考電壓端。是芯片同內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)所需用的基準電壓，該電壓應(yīng)是輸入電壓范圍的的基準電壓，該電壓應(yīng)是輸入電壓范圍的1/21/2。如輸。如輸入電壓是入電壓是0.50.54.5V4.5V，則于該引腳處外加，則于該引腳處外加2V2V電壓。當(dāng)電壓。當(dāng)輸入電壓是輸

42、入電壓是0 05V5V時，該引腳可以懸空，基準電壓可時，該引腳可以懸空，基準電壓可由由V VCCCC經(jīng)內(nèi)部分壓得到。經(jīng)內(nèi)部分壓得到。nDGNDDGND和和AGNDAGND：分別是數(shù)字接地端和模擬接地端。兩：分別是數(shù)字接地端和模擬接地端。兩者分別設(shè)置是為了減小兩部分電路之間的干擾。者分別設(shè)置是為了減小兩部分電路之間的干擾。nU UIN(+)IN(+)和和U UIN(-)IN(-)：被轉(zhuǎn)換的電壓信號自該兩端加入，此：被轉(zhuǎn)換的電壓信號自該兩端加入，此信號為差動電壓信號或不共地的電壓信號。信號為差動電壓信號或不共地的電壓信號。nDBDB7 7DBDB0 0：8 8位數(shù)字信號的輸出端。可直接接至系統(tǒng)位數(shù)

43、字信號的輸出端?？芍苯咏又料到y(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上，無須加接口電路。的數(shù)據(jù)總線上，無須加接口電路。nDLKDLK和和CLKRCLKR：時鐘脈沖端。時鐘脈沖的頻率決定了芯：時鐘脈沖端。時鐘脈沖的頻率決定了芯片內(nèi)部的工作節(jié)拍。片內(nèi)部的工作節(jié)拍。11.3 11.3 存存 儲儲 器器n半導(dǎo)體存儲器是一種能存儲大量二進制數(shù)據(jù)的半導(dǎo)半導(dǎo)體存儲器是一種能存儲大量二進制數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件，它是由許多存儲單元組成的。每個存儲單體器件，它是由許多存儲單元組成的。每個存儲單元都有唯一的地址代碼加以區(qū)分，而且一個存儲單元都有唯一的地址代碼加以區(qū)分，而且一個存儲單元一般只能存儲一位二進制數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體存儲器的元一般只能存儲一位二進

44、制數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體存儲器的種類很多，從數(shù)據(jù)的存取情況來看，半導(dǎo)體存儲器種類很多，從數(shù)據(jù)的存取情況來看，半導(dǎo)體存儲器可分為隨機存儲器和只讀存儲器兩大類。隨機存儲可分為隨機存儲器和只讀存儲器兩大類。隨機存儲器在正常工作狀態(tài)下可以隨機地向存儲器任意存儲器在正常工作狀態(tài)下可以隨機地向存儲器任意存儲單元寫入數(shù)據(jù)或從任意存儲單元讀出數(shù)據(jù)，其英文單元寫入數(shù)據(jù)或從任意存儲單元讀出數(shù)據(jù)，其英文名稱為名稱為Random Access MemoryRandom Access Memory，縮寫為，縮寫為RAMRAM。在斷電。在斷電后，后，RAMRAM中的信息會丟失。只讀存儲器在正常工作時中的信息會丟失。只讀存儲器在正常

45、工作時，存儲器中的數(shù)據(jù)只能讀出，不能寫入。只讀存儲，存儲器中的數(shù)據(jù)只能讀出，不能寫入。只讀存儲器的英文名稱為器的英文名稱為Read Only MemoryRead Only Memory，縮寫為，縮寫為ROMROM。在。在斷電后，斷電后，ROMROM中的信息不會丟失。中的信息不會丟失。n半導(dǎo)體存儲器的應(yīng)用十分廣泛，只讀存儲器作為計半導(dǎo)體存儲器的應(yīng)用十分廣泛，只讀存儲器作為計算機的主存儲器用來長期存儲操作系統(tǒng)的一些程序算機的主存儲器用來長期存儲操作系統(tǒng)的一些程序和數(shù)據(jù)，隨機存儲器作為和數(shù)據(jù)，隨機存儲器作為CPUCPU的緩存，用來暫時存儲的緩存，用來暫時存儲計算機當(dāng)前用到的指令和數(shù)據(jù)。存儲器不僅在

46、計算計算機當(dāng)前用到的指令和數(shù)據(jù)。存儲器不僅在計算機中是不可缺少的器件，而且在其他電子系統(tǒng)中的機中是不可缺少的器件，而且在其他電子系統(tǒng)中的應(yīng)用也很多，例如，來電顯示電話、復(fù)讀機、應(yīng)用也很多，例如，來電顯示電話、復(fù)讀機、CDCD機機和大量的音頻、視頻產(chǎn)品。和大量的音頻、視頻產(chǎn)品。11.3 11.3 存存 儲儲 器器n只讀存儲器是存儲永久保存的和半永久保存的數(shù)據(jù)只讀存儲器是存儲永久保存的和半永久保存的數(shù)據(jù)的器件。存儲器中的數(shù)據(jù)不能改變或者是需要專用的器件。存儲器中的數(shù)據(jù)不能改變或者是需要專用的設(shè)備才能改變，但數(shù)據(jù)能從存儲器中讀出，這樣的設(shè)備才能改變，但數(shù)據(jù)能從存儲器中讀出，這樣的存儲器就是只讀存儲器

47、。在數(shù)字系統(tǒng)中，只讀存的存儲器就是只讀存儲器。在數(shù)字系統(tǒng)中，只讀存儲器常用來存儲重復(fù)使用的數(shù)據(jù)，如表格、計算機儲器常用來存儲重復(fù)使用的數(shù)據(jù)，如表格、計算機程序等，在斷電后，只讀存儲器中存儲的數(shù)據(jù)不會程序等，在斷電后，只讀存儲器中存儲的數(shù)據(jù)不會丟失。丟失。11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n11.3.1.1 11.3.1.1 只讀存儲器的分類只讀存儲器的分類n只讀存儲器的分類如下所示。只讀存儲器的分類如下所示。n掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器(MROM)(MROM)n可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器(PROM)(PROM)n 紫外線可擦

48、除的可編程只讀存儲器紫外線可擦除的可編程只讀存儲器(UVEPROM)(UVEPROM)n只讀存儲器只讀存儲器(ROM) (ROM) 可擦除的可編程只讀存儲器可擦除的可編程只讀存儲器(EPROM) (EPROM) 電可擦除的可編程只讀存儲器電可擦除的可編程只讀存儲器(EEPROM)(EEPROM)n掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器(MROM)(MROM)是數(shù)據(jù)在存儲器的制作過程中就是數(shù)據(jù)在存儲器的制作過程中就永久的保存在存儲陣列中的只讀存儲器。永久的保存在存儲陣列中的只讀存儲器。n可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器(PROM)(PROM)是用戶使用專用編程設(shè)備可以是用戶使用專用編程設(shè)備可以進行一次性編

49、程的只讀存儲器。掩膜和可編程只讀存儲進行一次性編程的只讀存儲器。掩膜和可編程只讀存儲器可以使用器可以使用CMOSCMOS或雙極性工藝制作?；螂p極性工藝制作。11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n可擦除的可編程只讀存儲器只能使用可擦除的可編程只讀存儲器只能使用MOSMOS工藝制作，工藝制作，它可分為以下兩種。它可分為以下兩種。n紫外線可擦除的可編程只讀存儲器紫外線可擦除的可編程只讀存儲器(UVEPROM)(UVEPROM)是可用是可用紫外線擦除數(shù)據(jù)、用專用編程設(shè)備寫入數(shù)據(jù)的只讀紫外線擦除數(shù)據(jù)、用專用編程設(shè)備寫入數(shù)據(jù)的只讀存儲器。擦除數(shù)據(jù)時，需要將該存儲器芯片用紫外存儲器。擦除數(shù)據(jù)時，

50、需要將該存儲器芯片用紫外光照射幾十分鐘。光照射幾十分鐘。n電可擦除的可編程只讀存儲器電可擦除的可編程只讀存儲器(EEPROM(EEPROM或或E E2 2PROM)PROM)是電是電擦除數(shù)據(jù)和編程的只讀存儲器。數(shù)據(jù)的擦除只需幾擦除數(shù)據(jù)和編程的只讀存儲器。數(shù)據(jù)的擦除只需幾個毫秒。個毫秒。11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n11.3.1.2 11.3.1.2 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器 n掩膜只讀存儲器中的數(shù)據(jù)是在制作過程中寫入的，掩膜只讀存儲器中的數(shù)據(jù)是在制作過程中寫入的，數(shù)據(jù)一旦寫入就不能改變。由數(shù)據(jù)一旦寫入就不能改變。由MOSMOS晶體管組成的掩膜晶體管組成的掩膜只讀存儲器的

51、存儲單元如圖只讀存儲器的存儲單元如圖11-1511-15所示。所示。圖圖11-15 掩模只讀存儲器的存儲單元掩模只讀存儲器的存儲單元11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n在存儲單元中，行線是地址線，該線連接到在存儲單元中，行線是地址線，該線連接到MOSMOS晶體晶體管的柵極，連接到管的柵極，連接到MOSMOS晶體管源極的列線是數(shù)據(jù)線，晶體管源極的列線是數(shù)據(jù)線，電阻電阻R R是保持列線為低電平的端接電阻。當(dāng)行線是高是保持列線為低電平的端接電阻。當(dāng)行線是高電平時，電平時，MOSMOS晶體管導(dǎo)通，使列線為高電平，則可以晶體管導(dǎo)通，使列線為高電平，則可以說該存儲單元存儲的是說該存儲單元存儲

52、的是1 1，這種情況如圖，這種情況如圖11-15(a)11-15(a)所所示；若是行線與示；若是行線與MOSMOS晶體管的柵極不連接，則當(dāng)行線晶體管的柵極不連接，則當(dāng)行線是高電平時，是高電平時，MOSMOS晶體管不導(dǎo)通，列線為低電平，則晶體管不導(dǎo)通，列線為低電平，則可以說該存儲單元存儲的是可以說該存儲單元存儲的是0 0，如圖，如圖11-15(b)11-15(b)所示。所示。n一個存儲單元為一個存儲單元為16168 8掩膜只讀存儲器如圖掩膜只讀存儲器如圖11-1611-16所所示，該只讀存儲器由地址譯碼器和存儲單元陣列組示，該只讀存儲器由地址譯碼器和存儲單元陣列組成。若在制造時使成。若在制造時使

53、MOSMOS管的柵極與行線相連，則相當(dāng)管的柵極與行線相連，則相當(dāng)于存儲了二進制數(shù)據(jù)于存儲了二進制數(shù)據(jù)1 1，若是不相連，則相當(dāng)于存儲，若是不相連，則相當(dāng)于存儲了二進制數(shù)據(jù)了二進制數(shù)據(jù)0 0。圖圖11-16 簡單掩膜存儲器簡單掩膜存儲器11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n實際的存儲器具有更復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如，一個實際的存儲器具有更復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如，一個2562564 4的只讀存儲器的符號如圖的只讀存儲器的符號如圖11-1711-17所示。當(dāng)所示。當(dāng)8 8位位地址碼加到該只讀存儲器的地址線上，則有一組地址碼加到該只讀存儲器的地址線

54、上，則有一組4 4位位數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在輸出端，該存儲器在控制信號數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在輸出端，該存儲器在控制信號 和和 為為低電平時輸出數(shù)據(jù)。低電平時輸出數(shù)據(jù)。0E1E圖圖11-17 2564只讀存儲器符號只讀存儲器符號11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n11.3.1.3 11.3.1.3 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器(PROM)(PROM)nPROMPROM的結(jié)構(gòu)與掩膜只讀存儲器的結(jié)構(gòu)是一樣的，只是的結(jié)構(gòu)與掩膜只讀存儲器的結(jié)構(gòu)是一樣的，只是在出廠時在每個存儲單元中都存入了在出廠時在每個存儲單元中都存入了1 1。熔絲存儲單。熔絲存儲單元結(jié)構(gòu)的可編程只讀存儲器如圖元結(jié)構(gòu)的可編程只讀存儲器如圖11

55、-1811-18所示?？梢钥此尽？梢钥闯?，每個存儲單元中都有連接出，每個存儲單元中都有連接MOSMOS晶體管源極和列線晶體管源極和列線的熔絲，該熔絲通表示存儲的熔絲，該熔絲通表示存儲l l，熔絲斷表示存儲，熔絲斷表示存儲0 0。圖圖11-18 具有熔絲結(jié)構(gòu)的具有熔絲結(jié)構(gòu)的存儲單元陣列存儲單元陣列11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n熔絲可由低溫合金絲或多晶硅導(dǎo)線制成，在編程熔絲可由低溫合金絲或多晶硅導(dǎo)線制成，在編程時，寫入時，寫入0 0單元的熔絲被大電流燒斷，而寫入單元的熔絲被大電流燒斷，而寫入1 1單單元的熔絲被保留。元的熔絲被保留。n熔絲也可以用兩個背靠背連接的二極管代替，在

56、熔絲也可以用兩個背靠背連接的二極管代替，在編程時，在兩個背靠背二極管上加編程電壓，編編程時，在兩個背靠背二極管上加編程電壓，編程電壓的大部分降落在反偏二極管上，產(chǎn)生大的程電壓的大部分降落在反偏二極管上，產(chǎn)生大的電流，使其電流，使其PNPN結(jié)擊穿導(dǎo)通，這樣就將數(shù)據(jù)結(jié)擊穿導(dǎo)通，這樣就將數(shù)據(jù)1 1寫入了寫入了存儲單元。存儲單元。11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n如圖如圖11-1911-19所示是可編程只讀存儲器的編程示意圖。所示是可編程只讀存儲器的編程示意圖。編程時，首先將地址碼放在可編程只讀存儲器的地址編程時，首先將地址碼放在可編程只讀存儲器的地址線上，然后在需要存入線上，然后在需

57、要存入0 0的單元輸出線的單元輸出線( (列線列線) )上加上上加上編程脈沖，使熔絲熔斷，將編程脈沖，使熔絲熔斷，將0 0寫入存儲單元。編程可寫入存儲單元。編程可以人工進行，只要做一個類似圖以人工進行，只要做一個類似圖11-1911-19的數(shù)字電路，的數(shù)字電路，就可以對可編程只讀存儲器進行逐個地址編程。實際就可以對可編程只讀存儲器進行逐個地址編程。實際上，編程是在計算機軟件支持下的專用編程器中進行上，編程是在計算機軟件支持下的專用編程器中進行，而寫入可編程只讀存儲器的數(shù)據(jù)一般都是標(biāo)準數(shù)據(jù)，而寫入可編程只讀存儲器的數(shù)據(jù)一般都是標(biāo)準數(shù)據(jù)文件，如十六進制文件文件，如十六進制文件(HEX)(HEX)或

58、或JEDECJEDEC文件。文件。n可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器(PRM)(PRM)屬于一次性編程器件，數(shù)據(jù)屬于一次性編程器件，數(shù)據(jù)一旦寫入就不可改變。一旦寫入就不可改變。圖圖11-19 可編程只讀存儲器的編程示意圖可編程只讀存儲器的編程示意圖11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器11.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n11.3.1.4 11.3.1.4 可擦除可編程只讀存儲器可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)(EPROM)nEPROMEPROM是可以擦除的可編程只讀存儲器，在擦除了數(shù)是可以擦除的可編程只讀存儲器，在擦除了數(shù)據(jù)之后，該存儲器可以再次編程。據(jù)之后，該存儲

59、器可以再次編程。EPROMEPROM使用浮置柵使用浮置柵極的極的MOSFETMOSFET作為存儲單元，浮置柵極周圍都是氧化作為存儲單元，浮置柵極周圍都是氧化物絕緣材料，因而與外界沒有任何導(dǎo)電連接，所以物絕緣材料，因而與外界沒有任何導(dǎo)電連接，所以，可以長時間地保存電荷。數(shù)據(jù)就是由浮置柵極中，可以長時間地保存電荷。數(shù)據(jù)就是由浮置柵極中是否存有電荷來表示的，而數(shù)據(jù)的擦除就是去掉浮是否存有電荷來表示的，而數(shù)據(jù)的擦除就是去掉浮置柵極中的電荷。置柵極中的電荷。n有兩種有兩種EPROMEPROM，一種是紫外線擦除的，一種是紫外線擦除的PROMPROM，另一種是，另一種是電擦除的電擦除的PROMPROM。11

60、.3.1 11.3.1 只讀儲存器只讀儲存器n1. 1. 紫外線擦除的可編程只讀存儲器紫外線擦除的可編程只讀存儲器(UVEPROM)(UVEPROM)n紫外線擦除的紫外線擦除的PROMPROM的封裝上有一個供紫外線擦除數(shù)的封裝上有一個供紫外線擦除數(shù)據(jù)的透明石英玻璃窗。據(jù)的透明石英玻璃窗。n在存儲單元中，使用浮置雪崩注入在存儲單元中，使用浮置雪崩注入MOSMOS管管(FAMOS)(FAMOS)。編程過程就是利用雪崩擊穿，使電子進入絕緣柵極編程過程就是利用雪崩擊穿，使電子進入絕緣柵極，使絕緣柵極帶負電，形成導(dǎo)電溝道；擦除過程是，使絕緣柵極帶負電，形成導(dǎo)電溝道；擦除過程是用紫外線照射存儲單元，使電子