數(shù)字電子技術(shù)第8章 半導(dǎo)體儲(chǔ)存器與可編程邏輯器件ppt課件

1、第第8 8章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和 可編程邏輯器件可編程邏輯器件知識(shí)目知識(shí)目的的 了解了解ROMROM的特點(diǎn)、根本構(gòu)造、分類(lèi)及的特點(diǎn)、根本構(gòu)造、分類(lèi)及幾種幾種ROMROM的區(qū)別；的區(qū)別； 了解了解RAMRAM的特點(diǎn)、根本構(gòu)造、分類(lèi)及的特點(diǎn)、根本構(gòu)造、分類(lèi)及兩類(lèi)兩類(lèi)RAMRAM的區(qū)別和運(yùn)用場(chǎng)所；的區(qū)別和運(yùn)用場(chǎng)所； 掌握存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展方法掌握存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展方法; ; 了解各類(lèi)了解各類(lèi)PLDPLD的根本構(gòu)造、型號(hào)、芯的根本構(gòu)造、型號(hào)、芯片引腳、運(yùn)用的普通流程。片引腳、運(yùn)用的普通流程。技藝目技藝目的的 知道各類(lèi)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及運(yùn)用場(chǎng)所；知道各類(lèi)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及運(yùn)用場(chǎng)所； 認(rèn)識(shí)各類(lèi)芯片的型號(hào)，知道

2、各引腳的功認(rèn)識(shí)各類(lèi)芯片的型號(hào)，知道各引腳的功能并能進(jìn)展正確銜接；能并能進(jìn)展正確銜接； 會(huì)進(jìn)展存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的銜接；會(huì)進(jìn)展存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的銜接； 會(huì)用存儲(chǔ)器組成對(duì)應(yīng)的運(yùn)用電路。會(huì)用存儲(chǔ)器組成對(duì)應(yīng)的運(yùn)用電路。 義務(wù)分析義務(wù)分析 v義務(wù)義務(wù) 旋轉(zhuǎn)彩燈電路旋轉(zhuǎn)彩燈電路 用用4 4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16174LS161和和EPROM2764EPROM2764構(gòu)成旋轉(zhuǎn)彩燈電路構(gòu)成旋轉(zhuǎn)彩燈電路 義務(wù)虛現(xiàn)義務(wù)虛現(xiàn) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種通用型大規(guī)模集成器件半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種通用型大規(guī)模集成器件 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAMRAM按存取功能分按存取功能分概述概述8.1

3、 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器RAMRAM隨機(jī)隨機(jī)雙極型雙極型RAMRAMMOSMOS型型RAMRAMROMROM只讀只讀掩膜掩膜ROM (ROM (固定固定PROMPROM可編程可編程EPROMEPROM可編程可擦除可編程可擦除E2PROME2PROM可編程可電擦除可編程可電擦除靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ROMROM的分類(lèi)的分類(lèi)掩膜掩膜ROM：不能改寫(xiě)。：不能改寫(xiě)。PROM：只能改寫(xiě)一次。：只能改寫(xiě)一次。EPROM：可以改寫(xiě)多次。：可以改寫(xiě)多次。存儲(chǔ)器的特點(diǎn)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)RAM：在任務(wù)時(shí)既能從中讀出取出信息，又能：在任務(wù)時(shí)既能從中讀出取出信息，

4、又能隨時(shí)寫(xiě)入存入信息，但斷電后所存信息消逝。隨時(shí)寫(xiě)入存入信息，但斷電后所存信息消逝。ROM：在任務(wù)時(shí)只能從中讀出信息，不能寫(xiě)入信息，：在任務(wù)時(shí)只能從中讀出信息，不能寫(xiě)入信息，且斷電后其所存信息在仍能堅(jiān)持。且斷電后其所存信息在仍能堅(jiān)持。存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)單元的總數(shù)字?jǐn)?shù)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)單元的總數(shù)字?jǐn)?shù)位數(shù)位數(shù) 1k=210=1024 1k=210=1024個(gè)存儲(chǔ)單元個(gè)存儲(chǔ)單元8.1.1 ROM8.1.1 ROM的電路構(gòu)造的電路構(gòu)造矩陣ROMM)(N 0W1W1-NW0D1D1-MD. . .01n-1器沖緩入輸入輸址地輸出緩沖器位線字線器碼譯址地?cái)?shù)據(jù)輸出固定固定ROMROM的特點(diǎn)：運(yùn)用者只能讀取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

5、：運(yùn)用者只能讀取數(shù)據(jù), , 不能改動(dòng)芯片中數(shù)據(jù)內(nèi)容。不能改動(dòng)芯片中數(shù)據(jù)內(nèi)容。 W0=1000W1 =0110W2 =1001W3 =01118.1.2 8.1.2 固定固定 A1 A1 A0 A0 或門(mén)陣列或門(mén)陣列( (存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣) ) 與門(mén)陣列與門(mén)陣列( (地址譯碼器地址譯碼器) ) Y3 Y2 Y1 Y0 m0 m1 m2 m3 ROMROM的簡(jiǎn)化畫(huà)法的簡(jiǎn)化畫(huà)法地址譯碼器產(chǎn)地址譯碼器產(chǎn)生了輸入變量生了輸入變量的全部最小項(xiàng)的全部最小項(xiàng)存儲(chǔ)體實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)體實(shí)現(xiàn)了有關(guān)最小了有關(guān)最小項(xiàng)的或運(yùn)算項(xiàng)的或運(yùn)算與與陣陣列列固固定定或或陣陣列列可可編編程程8.1.3 8.1.3 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀

6、存儲(chǔ)器ROMROMECWj（a）熔絲型兩種兩種PROMPROM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 （b）結(jié)破壞型位線字線PROMPROM存儲(chǔ)單元的構(gòu)造存儲(chǔ)單元的構(gòu)造寫(xiě)入寫(xiě)入0 0，燒斷溶絲燒斷溶絲寫(xiě)入寫(xiě)入1 1，擊，擊穿二極管穿二極管8.1.4 8.1.4 可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 EPROMEPROM、E2PROME2PROM EPROM：可擦除可編程：可擦除可編程ROM E2PROM: 電可擦除可編程電可擦除可編程ROMDGS浮動(dòng)?xùn)臥N基層SiO2P)(多晶硅 紫外線可擦除紫外線可擦除EPROMEPROM1 1特點(diǎn)：采用紫外線照射擦除數(shù)據(jù)；采用電的方法寫(xiě)入數(shù)據(jù)特點(diǎn)：采用紫外線照射擦除數(shù)據(jù)

7、；采用電的方法寫(xiě)入數(shù)據(jù)2 2芯片引見(jiàn)芯片引見(jiàn)接地接地地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線接電源接電源編程電源編程電源片選片選信號(hào)信號(hào)片選信號(hào)片選信號(hào)/ /編程脈編程脈沖輸入沖輸入 電可擦除電可擦除E2PROM E2PROM 1 1特點(diǎn)：寫(xiě)入和擦除數(shù)據(jù)均采用電信號(hào)；可以整片擦除、特點(diǎn)：寫(xiě)入和擦除數(shù)據(jù)均采用電信號(hào)；可以整片擦除、寫(xiě)入，也可以字節(jié)為單位擦除、寫(xiě)入。寫(xiě)入，也可以字節(jié)為單位擦除、寫(xiě)入。2 2芯片引見(jiàn)芯片引見(jiàn)地址線地址線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線線接地接地接電源接電源寫(xiě)允許信寫(xiě)允許信號(hào)號(hào)/ /編程編程電源電源讀選通讀選通片選片選信號(hào)信號(hào) RAM RAM是由許許多多的根本存放器組合起來(lái)構(gòu)成是由許許多多的根本存放器組合起

8、來(lái)構(gòu)成的大規(guī)模集成電路。的大規(guī)模集成電路。RAMRAM中的每個(gè)存放器稱(chēng)為一個(gè)中的每個(gè)存放器稱(chēng)為一個(gè)字，存放器中的每一位稱(chēng)為一個(gè)存儲(chǔ)單元。存放字，存放器中的每一位稱(chēng)為一個(gè)存儲(chǔ)單元。存放器的個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)與存放器中存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)位器的個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)與存放器中存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)位數(shù)的乘積，叫做數(shù)的乘積，叫做RAMRAM的容量。按照的容量。按照RAMRAM中存放器中存放器位數(shù)的不同，位數(shù)的不同，RAMRAM有多字有多字1 1位和多字多位兩種構(gòu)造位和多字多位兩種構(gòu)造方式。在多字方式。在多字1 1位構(gòu)造中，每個(gè)存放器都只需位構(gòu)造中，每個(gè)存放器都只需1 1位，位，例如一個(gè)容量為例如一個(gè)容量為102410241 1位的位的RAM

9、RAM，就是一個(gè)有，就是一個(gè)有10241024個(gè)個(gè)1 1位存放器的位存放器的RAMRAM。多字多位構(gòu)造中，每個(gè)存放。多字多位構(gòu)造中，每個(gè)存放器都有多位，例如一個(gè)容量為器都有多位，例如一個(gè)容量為2562564 4位的位的RAMRAM，就，就是一個(gè)有是一個(gè)有256256個(gè)個(gè)4 4位存放器的位存放器的RAMRAM。8.2 8.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM RAMRAM的特點(diǎn)：可隨時(shí)寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：可隨時(shí)寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)RAMRAM的優(yōu)點(diǎn)：讀寫(xiě)方便，運(yùn)用靈敏的優(yōu)點(diǎn)：讀寫(xiě)方便，運(yùn)用靈敏RAMRAM的缺陷：斷電后所存信息將喪失的缺陷：斷電后所存信息將喪失RAMRAM的運(yùn)用領(lǐng)域舉例：在計(jì)

10、算機(jī)中主要用來(lái)存放用的運(yùn)用領(lǐng)域舉例：在計(jì)算機(jī)中主要用來(lái)存放用戶程序、計(jì)算的中間結(jié)果以及與外存交換信息戶程序、計(jì)算的中間結(jié)果以及與外存交換信息RAMRAM分類(lèi)分類(lèi)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAMSRAM動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAMDRAM 存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣 地地址址譯譯碼碼器器 讀讀/ /寫(xiě)寫(xiě)控控制制電電路路 地地址址碼碼輸輸入入 片片選選 讀讀/ /寫(xiě)寫(xiě)控控制制 輸輸入入/ /輸輸出出 8.2.1 RAM8.2.1 RAM的電路構(gòu)造的電路構(gòu)造 1 1 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAMSRAMSRAM XYUDDUGGVU1VU2VU3VU4VU5VU6VU7VU8數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線DD六管六管NMO

11、SNMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元靜態(tài)存儲(chǔ)單元SRAMSRAM的的特點(diǎn)：特點(diǎn)：只需不只需不斷電，斷電，信息將信息將長(zhǎng)期保長(zhǎng)期保管，所管，所需的讀需的讀/ /寫(xiě)控制寫(xiě)控制電路簡(jiǎn)電路簡(jiǎn)單，存單，存取速度取速度快快 8.2.2 RAM8.2.2 RAM的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元 2 2 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAMDRAMDRAM位線字線VUCSC0單管動(dòng)態(tài)單管動(dòng)態(tài)MOSMOS型型RAMRAMD D常用于常用于的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器柵極電容所存儲(chǔ)的信息受走漏放電的影響，不能長(zhǎng)久保管，為防止存儲(chǔ)的信息消逝，必需采取措施，定時(shí)地給柵極電容補(bǔ)充漏掉的電荷 。這種操作叫“刷新8.2.3 RAM8.2.3 RAM存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展

12、1k1位I/OI/O11k1位I/OI/O21k1位I/OI/O31k1位I/OI/O4R/WCSA0A9R/WA0A9CSR/WA0A9CSR/WA0A9CSR/WCSA0A91 1 位擴(kuò)展位擴(kuò)展1Kx11Kx1位擴(kuò)展成位擴(kuò)展成1Kx41Kx4位位 A0 A1 A9 R/W A10 A11 A12 I/O0 I/O1 I/O3 I/O2 I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 1k4RAM(7) A0 A1 A9 R/W CS I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 1k4RAM(1) A0 A1 A9 R/W CS I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 1k4RAM(0) A0 A1 A

13、9 R/W CS Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6 Y7 3 3 線線- -8 8 線譯碼器線譯碼器 A0 A1 A2 1Kx41Kx4位擴(kuò)展成位擴(kuò)展成8Kx48Kx4位位2 2 字?jǐn)U展字?jǐn)U展 3 3 字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展1Kx41Kx4位擴(kuò)展成位擴(kuò)展成2Kx82Kx8位位PLDPLD分類(lèi)分類(lèi)與陣列與陣列或陣列或陣列編程次數(shù)編程次數(shù)輸出類(lèi)型輸出類(lèi)型運(yùn)用情況運(yùn)用情況PROME2PROMPLAPALGAL固定固定固定固定可編程可編程可編程可編程可編程可編程可編程可編程可編程可編程可編程可編程固定固定固定固定一次一次一次一次一次一次多次多次多次多次三態(tài)，集電極開(kāi)路三態(tài)，集電極開(kāi)路三態(tài)，集電極開(kāi)路三態(tài)，集電極

14、開(kāi)路三態(tài)，集電極開(kāi)路三態(tài)，集電極開(kāi)路異步異步I/OI/O，異或、寄，異或、寄存器、算術(shù)選通反響存器、算術(shù)選通反響由用戶定義由用戶定義多用做只讀存儲(chǔ)器多用做只讀存儲(chǔ)器多用做只讀存儲(chǔ)器多用做只讀存儲(chǔ)器短少編程工具，使短少編程工具，使用不廣用不廣部分運(yùn)用部分運(yùn)用運(yùn)用方便、廣泛運(yùn)用方便、廣泛各種各種PLDPLD情況一覽表情況一覽表8.3 8.3 可編程邏輯器件可編程邏輯器件PLD) PLD) 根本構(gòu)造根本構(gòu)造輸輸入入電電路路與與陣陣列列或或陣陣列列輸輸出出電電路路互補(bǔ)輸入互補(bǔ)輸入與項(xiàng)與項(xiàng)或項(xiàng)或項(xiàng)輸輸出出變變量量輸輸入入變變量量PLDPLD的根本構(gòu)造框圖的根本構(gòu)造框圖與門(mén)與門(mén)或門(mén)或門(mén)輸入輸入緩沖器緩沖器

15、非門(mén)非門(mén)三態(tài)輸出三態(tài)輸出緩沖器緩沖器 表示方法表示方法8.3.28.3.2可編程陣列邏輯可編程陣列邏輯(PAL)(PAL)1. 1. 構(gòu)造類(lèi)型構(gòu)造類(lèi)型2. PAL2. PAL器件型號(hào)含義器件型號(hào)含義8.3.3 8.3.3 可編程通用陣列邏輯器件可編程通用陣列邏輯器件(GAL)(GAL)1. GAL1. GAL的電路構(gòu)造的電路構(gòu)造 引腳圖引腳圖時(shí)鐘輸入時(shí)鐘輸入輸入端輸入端接地端接地端接電源接電源輸出輸出宏單宏單元元輸出使輸出使能端能端2. 2. 輸出邏輯宏單元輸出邏輯宏單元(OLMC)(OLMC)I/O(n)1110010001FDXOR(n)CLOCKVcc反饋1G2G3G4G5GTSMUXO

16、MUX01OEMUX接與矩陣*接鄰級(jí)輸出10*11*0*10*0AC0AC1(n)AC1(m)*AC1(n)AC0PTMUXQQ3. GAL3. GAL的構(gòu)造控制字的構(gòu)造控制字SYNAC0AC1(n)XOR(n)輸出方式輸出極性備注101 *專(zhuān)用輸入方式輸出三態(tài)門(mén)不通1和11腳為數(shù)據(jù)輸入，三態(tài)門(mén)禁止1000專(zhuān)用組合輸出低電平有效1和11腳為數(shù)據(jù)輸入，三態(tài)門(mén)被選通。1高電平有效1110反饋組合輸出（帶選通）低電平有效1和11腳為數(shù)據(jù)輸入，三態(tài)門(mén)選通信號(hào)是第一乘積項(xiàng)，反饋信號(hào)取自I/O端。1高電平有效0110組合和寄存混合輸出低電平有效1腳接CLK，11腳接 ，至少另有一個(gè)OLMC為寄存器輸出模式

17、。1高電平有效0100寄存輸出低電平有效1腳接CLK，11腳接 1高電平有效OLMCOLMC輸出任務(wù)方式和有關(guān)控制位的關(guān)系輸出任務(wù)方式和有關(guān)控制位的關(guān)系 OEOE32位乘積項(xiàng)禁止4位XOR(n)1位SYN8位PT 0PT 63 PT 31 PT 32AC1(n)AC032位乘積項(xiàng)禁止4位XOR(n)1位n=1215n=1219n=161982 位PT63PT32 PT31PT003132335960616263移位寄存器與門(mén)陣列電子標(biāo)簽備用地址空間結(jié)構(gòu)控制字加密單元備用整體擦除與門(mén)陣列電子標(biāo)簽行地址OUTSCLKSDINS GAL GAL器件型號(hào)含義器件型號(hào)含義 用用GALGAL器件設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的流程器件設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的流程根據(jù)設(shè)計(jì)要求寫(xiě)出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并選擇適宜根據(jù)設(shè)計(jì)要求寫(xiě)出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并選擇適宜的的GALGAL器件器件 按按GALGAL編程器運(yùn)用的匯編言語(yǔ)編寫(xiě)匯編源程序。編程器運(yùn)用的匯編言語(yǔ)編寫(xiě)匯編源程序。編譯或匯編。先將源程序輸入計(jì)算機(jī)中，再對(duì)源程編譯或匯編。先將源程序輸入計(jì)算機(jī)中，再對(duì)源程序進(jìn)展編譯或匯編，用以產(chǎn)生目的文件、熔斷圖文件、序進(jìn)展編譯或匯編，用以產(chǎn)生目的文件、熔斷圖文件、列表文件列表文件 硬件編程。將編程器與硬件編程。將編程器與PCPC機(jī)相連，在機(jī)相連，在PCPC機(jī)上執(zhí)行機(jī)上執(zhí)行編程軟件中的程序，對(duì)編程軟件中的