可編程邏輯器件簡介

1、DIGITAL煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院可編程器件及其應用可編程器件及其應用半導體存儲器概述半導體存儲器概述 只讀存儲器只讀存儲器ROMROMRAMRAM的基本結構和工作原理的基本結構和工作原理煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院一、半導體存儲器概述一、半導體存儲器概述 半導體存儲器具有集成度高、體積小、可靠性高、半導體存儲器具有集成度高、體積小、可靠性高、價格低、外圍電路簡單、易于接口和便于批量生產(chǎn)價格低、外圍電路簡單、易于接口和便于批量生產(chǎn)等特點。半導體存儲器主要用于電子計算機和某些等特點。半導體存儲器主要用于電子計算機和某些數(shù)字系統(tǒng)中，用來存放程序和數(shù)據(jù)，是數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)

2、字系統(tǒng)中，用來存放程序和數(shù)據(jù)，是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。不可缺少的組成部分。 1、存儲單元和存儲矩陣、存儲單元和存儲矩陣 2、存儲容量和地址、存儲容量和地址 3、分類、分類 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院1 1、存儲單元和存儲矩陣、存儲單元和存儲矩陣 半導體存儲器的最小記憶單位是存儲單元 在半導體存儲器芯片中，把這些存儲單元按照 一定規(guī)則排列成存儲矩陣 每個存儲單元能夠存儲一位二進制數(shù)0或1煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院 2 2、存儲容量和地址、存儲容量和地址按常規(guī)，最小的二進制單位是位 在使用中經(jīng)常把8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)，把兩個字節(jié)稱為一個字 存儲器能存儲二進制

3、數(shù)的總的位數(shù)稱為存儲容量，即存儲器中存儲單元的個數(shù) 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院分分類類隨機存儲器（簡稱隨機存儲器（簡稱RAMRAM） 只讀存儲器（簡稱只讀存儲器（簡稱ROMROM） 用于存放一些臨時性的數(shù)據(jù)和中間結果，這種存儲器掉電后數(shù)據(jù)將全部丟失，如計算機的內存 用于存放永久性、不變的數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。如計算機自檢程序、初始化程序煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院二、二、 RAMRAM的基本結構和工作原理的基本結構和工作原理優(yōu)點：優(yōu)點： 讀寫方便，使用靈活讀寫方便，使用靈活 缺點：缺點： 掉電后存于掉電后存于RAMRAM中的信息會丟失，它是易中的信息會丟失，它是易失

4、性存儲器失性存儲器 （一）（一）RAMRAM的結構的結構 （二）（二）RAMRAM的原理的原理 （三）（三）RAMRAM的存儲單元的存儲單元煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院（一）（一）RAM的結構的結構 RAM地址地址譯碼器譯碼器 存儲矩陣存儲矩陣 讀寫控制電路讀寫控制電路 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院存儲矩陣存儲矩陣 由存儲單元排列而成，每個存儲單元可以存儲一位二進制數(shù)據(jù)，在譯碼和讀寫控制電路的作用下，數(shù)據(jù)既可寫入又可讀出 地址譯碼器地址譯碼器 分為行地址譯碼和列地址譯碼兩部分。行地址譯碼器的輸出線稱為行選線，又稱字線；列地址譯碼器的輸出線稱為列選線，又稱位線 地址譯碼器

5、根據(jù)外部輸入的地址，惟一地找到存儲矩陣中相應的存儲單元，行地址譯碼器的輸出線中有一條為有效電平，選中一行存儲單元，同時，列地址譯碼器的輸出線中有一條為有效電平，選中一列存儲單元，行選線和列選線交叉點處的存儲單元便被選中 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院靜態(tài)隨機存取存儲器（靜態(tài)隨機存取存儲器（RAMRAM）的存儲單元電路）的存儲單元電路煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院（二）（二）RAM的原理的原理 （以（以1616* *4 4位位RAMRAM為例）為例） 當 0時，RAM被選中，處于工作狀態(tài)。A3A2A1A0=0011，表示選中列地址為A3A200，選中行地址為A1A011的存儲

6、單元。若此時R/ =1，則執(zhí)行讀操作，將第三行第第零列存儲單元中的數(shù)據(jù)送到I/O端上。CSW共16個單元，每單元4位當 1時，不能對RAM進行讀寫操作，所有端均為高阻態(tài)。CS煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院一個RAM有三組信號線：信號線信號線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 地址總線地址總線控制總線控制總線 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 控制總線控制總線 單向，傳送地址碼，以便按地址訪問存儲單元 雙向，將數(shù)據(jù)送入存儲矩陣或從存儲矩陣讀出 包括片選信號線和讀寫控制線。片選信號控制RAM芯片是否被選中；讀寫控制線傳送讀（寫）命令，即讀時不寫，寫時不讀 煙臺汽車

7、工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院（三）（三）RAM的存儲單元的存儲單元煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院（1 1）存儲單元）存儲單元存儲單元由V1V6組成。兩個穩(wěn)定狀態(tài)，分別存儲數(shù)據(jù)1和0。 （2 2）列選擇線）列選擇線Y Y和讀寫控制電路和讀寫控制電路圖中V1、 V2和V3、 V4 兩個反相器交叉耦合構成基本RS觸發(fā)器。V5、 V6為受列選擇線Y控制的開關管，控制RS觸發(fā)器輸出端Q、 與數(shù)據(jù)線B、 的接通。當行選線X和列選線Y均為高電平時，V5、 V6和V7、V8管均導通，該存儲單元被選中，觸發(fā)器的狀態(tài)可以通過數(shù)據(jù)線送到D和 ，稱出讀出；同理，在讀寫控制信號的作用下，D和 的數(shù)據(jù)也可以

8、通過同樣的方法寫入。QBDD煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院（3）當存儲單元電源VDD掉電后,則觸發(fā)器Q的狀態(tài) 信息不能保留而消失，再次通電后，Q狀態(tài)不 定，需重新寫入新的信息。（4）靜態(tài)存儲單元的優(yōu)點是使用方便，不需定 期刷新。缺點是其中管子數(shù)目較多，不利 于提高集成度。煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院2 2、動態(tài)隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器 (DRAM)(DRAM)的存儲單元電路的存儲單元電路（1） 動態(tài)存儲單元是由MOS管的柵極電容C和門控管組成的。數(shù)據(jù)以電荷的形式存儲在柵極電容上，電容上的電壓高表示存儲數(shù)據(jù)1；電容沒有儲存電荷，電壓為0，表明存儲數(shù)據(jù)0。因存在漏電

9、，使電容存儲的信息不能長久保持，為防止信息丟失，就必須定時地給電容補充電荷，這種操作稱為“刷新”，由于要不斷地刷新，所以稱為動態(tài)存儲。煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院包括4管MOS動態(tài)存儲單元電路和單管MOS動態(tài)存儲單元等 （2）動態(tài)存儲單元的優(yōu)點是元件少，功耗低， 適合于構成大容量存儲器，缺點是需要進行 周期性刷新 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院三、只讀存儲器三、只讀存儲器ROMROM只讀存儲器是一種非易失性的存儲器，把需要長期保存的程序、數(shù)據(jù)等信息固定于這種存儲器中，即使切斷電源也能保存所儲存的數(shù)據(jù)。在正常工作時，只能讀取存儲在其中的數(shù)據(jù)，而不能更改其內容，故稱為只讀存儲

10、器。ROM的分類 固定ROM的結構和工作原理煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院根據(jù)是否可以寫入，以及寫入方式不同，根據(jù)是否可以寫入，以及寫入方式不同，ROM分為四類分為四類：閃存ROM 一次可編程ROM（PROM） 紫外線可擦除ROM（EPROM） 電可擦除ROM（EEPROM） 掩模ROM 一、一、ROM的分類的分類煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院掩模掩模ROMROM 又叫固定ROM，采用掩模工藝制造，制造時就將數(shù)據(jù)固定寫入，出廠后其存儲的數(shù)據(jù)不能再改變，只能進行讀操作。特點：特點： 可靠性高，集成度高，但不能改寫。該類電路僅適用于大批量且數(shù)據(jù)固定的情況，如一些點陣打印機的點陣

11、字庫。 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院一次可編程一次可編程ROMROM（PROMPROM） 采用熔絲編程工藝，PROM在產(chǎn)品出廠時所有存儲單元均置成全0或全1，用戶根據(jù)需要可自行將某些存儲單元改為1或0。特點：特點： 只能進行一次性改寫，一旦編程完畢，其內容便是永久性的。其可靠性差，目前較少使用。 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院紫外線可擦除紫外線可擦除ROMROM（EPROMEPROM） 其正中間有一個玻璃窗口，該窗口可讓紫外線通過，在紫外線的照射下1020min芯片內部的數(shù)據(jù)將全部被擦除，這時可以再通過編程的方法寫入數(shù)據(jù)。 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院電可擦除

12、電可擦除ROMROM（EEPROMEEPROM） 采用E2CMOS編程工藝，可以在加電情況下，擦除存儲器的全部或部分內容，然后在電路上直接改寫其擦除過的單元內容。特點：特點： 不但可以多次擦除，而且擦除時間短，編程簡單，存取速度快，功耗低，因此得到廣泛使用 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院閃存閃存ROMROM 具有E2PROM的特點，密度高，容量大，體積小，價格低，既可寫入也可擦除數(shù)據(jù)，是一種全新的存儲結構。 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院二、固定二、固定ROMROM的結構和工作原理的結構和工作原理電路組成電路組成煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院它由一個二線四線地址譯

13、碼器和一個44的二極管存儲矩陣組成 存儲矩陣由二極管或門組成，其輸出為D0D3 A1A0為輸入的地址碼，可產(chǎn)生W0W3共4個不同的地址 W0W3稱為字線，用以選擇存儲的內容 D0D3稱作位線 在W0W3中，任一輸出為高電平時，在D0D3這4根線上輸出一組4位二進制代碼，每組代碼稱作一個字 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院讀數(shù)讀數(shù) 當?shù)刂反a為A1A0為00時，只有字線W0為高電平，其他字線均為低電平，故只有與字線W0相連接的3個二極管導通此時，輸出D3D2D1D01011；同理可知當A1A0為01、10、11時，分別選中字線W1、W2、W3，輸出D3D2D1D0依次為1100、0101、1010 煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院四、可編程器件及其應用四、可編程器件及其應用1、可編程器件中的邏輯符號、可編程器件中的邏輯符號煙臺汽車工程職業(yè)學院煙臺汽車工程職業(yè)學院2、PROMPROM即可編程只讀存儲器，基本結構是一個固定的與陣列和一個可編程的或陣列。一般用于存儲器，其輸入為存儲器的地址，輸出為存儲器單元的內容。如半加器的邏輯表達式：