數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第7章存儲(chǔ)器課件

1、第7章 存 儲(chǔ) 器 存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)大量二進(jìn)制信息的電子器件，它是由許多存儲(chǔ)單元組成的。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有唯一的地址代碼加以區(qū)分，能存儲(chǔ)1位（或1組）二進(jìn)制信息，存儲(chǔ)器被大量用在嵌入式（單片機(jī)）系統(tǒng)中。本章主要介紹只讀存儲(chǔ)器與隨機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)、工作原理與實(shí)際的存儲(chǔ)器 7.1 只讀存儲(chǔ)器7.1.1 只讀存儲(chǔ)器概述只讀存儲(chǔ)器（ROM）的特點(diǎn)是存儲(chǔ)單元斷電后，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。1不可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的只讀存儲(chǔ)器（1）二極管ROM以二極管作為存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器。（2）掩模存儲(chǔ)器（MROM，Mask ROM）掩模只讀存儲(chǔ)器是數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器的制作過(guò)程中就永久地保存在存儲(chǔ)陣列中的只讀存儲(chǔ)器。2可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器（1）一次編

2、程存儲(chǔ)器（PROM，Programmable ROM）一次編程存儲(chǔ)器是用戶使用專(zhuān)用編程設(shè)備可以進(jìn)行一次編程的只讀存儲(chǔ)器。（2）可擦除存儲(chǔ)器（EPROM，Erasable Programmable ROM）可擦除只讀存儲(chǔ)器，常用的紫外線可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（UV EPROM）是可用紫外線擦除數(shù)據(jù)、用專(zhuān)用編程設(shè)備寫(xiě)入數(shù)據(jù)的只讀存儲(chǔ)器。擦除數(shù)據(jù)時(shí)，需要將該存儲(chǔ)器芯片用紫外光照射幾十分鐘。（3）電擦除存儲(chǔ)器（E2PROM，Electrical Erasable Programmable ROM）電可擦除可寫(xiě)入的只讀存儲(chǔ)器，是電擦除、寫(xiě)入數(shù)據(jù)的只讀存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)的擦除與寫(xiě)入在毫秒數(shù)量級(jí)。（4）快閃存儲(chǔ)器

3、（FLASH ROM）快閃電可擦除、寫(xiě)入存儲(chǔ)器，是讀寫(xiě)速度更快、容量更大的電可擦除可寫(xiě)入的只讀存儲(chǔ)器。7.1.2 不可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM1不可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM不可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。該存儲(chǔ)器由地址譯碼器、存儲(chǔ)單元矩陣和輸出控制電路組成。用二極管作為存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)的ROM存儲(chǔ)器如圖7-3所示。2掩模存儲(chǔ)器MROM 掩模存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)是在存儲(chǔ)器工廠生產(chǎn)存儲(chǔ)器時(shí)，通過(guò)工藝手段保存在存儲(chǔ)器中的，因此需要用戶向存儲(chǔ)器生產(chǎn)工廠提供寫(xiě)入存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。（1）NOR型MROM例如，只有W1=1時(shí)，有MOS管的地方位線接地，無(wú)MOS管的地方，位線為高電平，位線輸出0101。對(duì)于其他情況有

4、：只有W2=1時(shí)，位線輸出為0011；只有W3=1時(shí)，位線輸出為1001；只有W4=1時(shí)，位線輸出為0110。（2）與非（NAND）結(jié)構(gòu)的MROM例如，當(dāng)只有字線W1為0，其他字線為1時(shí)，由于與W3相連的MOS管導(dǎo)通，所以位線C1輸出0；由于與W1相連的MOS管不導(dǎo)通，位線C2輸出1；由于與W2和W4相連的MOS管導(dǎo)通，位線C3輸出0；由于與W1相連的MOS管不導(dǎo)通，位線C4輸出1。因此位線輸出為0101。對(duì)于其他情況有：只有W2=0時(shí)，位線輸出為0011；只有W3=0時(shí)，位線輸出為1001；只有W4=0時(shí)，位線輸出為0110。7.1.3 可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM1可寫(xiě)入數(shù)據(jù)ROM組成（1）地址譯碼

5、器為減少譯碼器輸出線的根數(shù)，采用行列雙譯碼方式。（2）存儲(chǔ)單元由于存儲(chǔ)矩陣中的存儲(chǔ)單元可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，因此常用熔絲、浮置柵極場(chǎng)效應(yīng)管等實(shí)現(xiàn)。（3）讀擦寫(xiě)控制電路除像不可寫(xiě)入數(shù)據(jù)的ROM一樣實(shí)現(xiàn)讀數(shù)據(jù)操作之外，還有寫(xiě)數(shù)據(jù)操作。（4）充電泵電路充電泵電路用于提高存儲(chǔ)器的擦寫(xiě)電壓到812V，滿足擦除與寫(xiě)入數(shù)據(jù)的需求。 2可寫(xiě)入數(shù)據(jù)ROM中的存儲(chǔ)單元（1）可一次編程存儲(chǔ)器PROM熔絲存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的一次編程只讀存儲(chǔ)單元如圖7-8所示?？梢钥闯?，每個(gè)存儲(chǔ)單元中都有連接MOS管源極和位線的熔絲，該熔絲通表示存儲(chǔ)1，熔絲斷表示存儲(chǔ)0。（2）紫外線擦除電編程的存儲(chǔ)器UVEPROM UVEPROM使用浮置柵極注入M

6、OS管作為存儲(chǔ)單元。浮置柵極周?chē)际茄趸锝^緣材料，因而與外界沒(méi)有任何導(dǎo)電連接，所以可以長(zhǎng)時(shí)間地保存電荷。 浮置柵極中是否存有電荷來(lái)表示數(shù)據(jù)， 編程過(guò)程是在浮柵注入管的漏極與控制柵極上加高電壓，使源極與漏極之間出現(xiàn)雪崩擊穿產(chǎn)生熱電子，在控制柵極高電壓的作用下，電子進(jìn)入浮置柵極，使正常的控制柵極電壓不能使浮柵注入管導(dǎo)通。 擦除過(guò)程是用紫外線通過(guò)封裝表面的透明石英玻璃窗照射存儲(chǔ)單元，使氧化層產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，為柵極電荷放電提供放電通道，使電荷消失，這樣正常的柵極電壓就可以使浮柵注入管導(dǎo)通。（3）電擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）E2PROM的存儲(chǔ)單元中采用了一種叫做浮柵隧道MOS管，結(jié)構(gòu)和符

7、號(hào)見(jiàn)圖7-10。 浮柵隧道管是N溝道增強(qiáng)型MOS管，有兩個(gè)柵極控制柵極Gc和浮置柵極Gf。該管的浮置柵與漏區(qū)之間有一個(gè)氧化層極薄的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為隧道區(qū)，當(dāng)隧道區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于107V/cm時(shí)，就會(huì)形成導(dǎo)電隧道，電子可以雙向通過(guò)，形成電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為隧道效應(yīng)。 用浮柵隧道管組成的存儲(chǔ)單元，其中T1管是浮柵隧道管，T2的作用是使浮柵隧道管與位線連接。 擦除時(shí)，在浮柵隧道管的控制柵極Gc加20V電壓，使浮柵隧道管漏極接地，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，漏區(qū)的電子通過(guò)隧道區(qū)進(jìn)入浮置柵極。擦除后的浮柵隧道管具有高的開(kāi)啟電壓，在正常讀操作柵極電壓時(shí)不會(huì)導(dǎo)通。 編程時(shí)，將要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的浮柵隧道管浮置柵極中的電荷移出

8、，在控制柵極Gc加0V電壓，然后在漏極加20V的電壓，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，使浮置柵極中的電荷通過(guò)隧道區(qū)放電。 讀出數(shù)據(jù)時(shí)，在控制柵極Gc加正常讀柵極的電壓（小于5V），若是浮置柵極中沒(méi)有電荷，浮柵隧道管導(dǎo)通，位線通過(guò)浮柵隧道管接地，讀出0；若是浮置柵極中有電荷，浮柵隧道管不導(dǎo)通，位線上讀出1。（4）閃速存儲(chǔ)器 閃速（FLASH）存儲(chǔ)器按照存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)不同，分為NOR及NAND兩類(lèi)，其矩陣結(jié)構(gòu)與前述掩模存儲(chǔ)器基本相同。 FLASH與E2PROM的主要區(qū)別是E2PROM具有位擦除能力，而FLASH存儲(chǔ)器不具有這個(gè)能力，只能塊或字節(jié)擦除，因此存儲(chǔ)單元可以使用一個(gè)浮柵MOS管實(shí)現(xiàn)，占有更小的面積，具有

9、更大的容量。 NOR FLASH讀寫(xiě)速度較NAND FLASH快，可以塊或字節(jié)為單位讀寫(xiě). NAND FLASH的單元尺寸比NOR FLASH的小，因此同樣大小的芯片面積，NAND FLASH的容量比NOR FLASH大得多。 NOR FLASH具有與E2PROM相同的專(zhuān)用地址線、數(shù)據(jù)線與控制線，通過(guò)這些連線可以直接從NOR FLASH中存取數(shù)據(jù)， NAND FLASH不具有專(zhuān)用的地址線，而是間接使用I/O接口，將外部命令與數(shù)據(jù)通過(guò)8位總線送入內(nèi)部的命令寄存器與數(shù)據(jù)寄存器。a）NOR FLASH 存儲(chǔ)器。NOR FLASH存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)如圖7-11所示。 NOR FLASH的擦除 是將電荷從浮置

10、柵極中移走，為移走電荷，需要在浮柵管的控制柵極上加0V電壓，在源極上加擦除正電壓，漏極懸空，在柵源電壓的作用下，電子通過(guò)隧道移出浮置柵極。在編程前，F(xiàn)LASH總是先進(jìn)行擦除操作。 NOR FLASH的寫(xiě)入 是向存儲(chǔ)單元浮柵管的浮置柵極中注入電荷，方法是在浮柵管的漏極接正電壓，源極接地，在控制柵極加正電壓，這樣，漏源極之間雪崩擊穿產(chǎn)生的熱電子，被吸引到浮置柵中，浮置柵中的電子使讀操作時(shí)的控制柵極電壓不能使浮柵管導(dǎo)通。 NOR FLASH的讀出 是在浮柵管的控制柵極上加讀電壓，將浮柵管的導(dǎo)通與否狀態(tài)讀出到浮柵管的漏極。 b）NAND FLASH存儲(chǔ)器。NAND FLASH的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)與NOR結(jié)構(gòu)

11、基本相同，但是其擦除與編程都利用隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。3可寫(xiě)入ROM的主要技術(shù)指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量M是存儲(chǔ)矩陣的存儲(chǔ)單元數(shù)，是能夠存儲(chǔ)的一位二進(jìn)制數(shù)的數(shù)量，若一個(gè)存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)N個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)（具有N個(gè)地址），每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)為L(zhǎng)位，則存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量M為NL。 存儲(chǔ)容量單位是二進(jìn)制的位（bit），1024個(gè)bit為1K。有時(shí)存儲(chǔ)器還以字節(jié)（Byte）為單位表示存儲(chǔ)器容量， 存儲(chǔ)地址數(shù)N與地址線數(shù)A有關(guān)，N=2A，因此存儲(chǔ)容量M=2AL。 存儲(chǔ)器地址數(shù)與字?jǐn)?shù)不同，只有在一個(gè)地址內(nèi)保存的數(shù)據(jù)位數(shù)與字長(zhǎng)相同時(shí)，存儲(chǔ)地址數(shù)才等于字?jǐn)?shù)。通常計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)分為4位、8位、16位、32位，（2）讀、寫(xiě)與擦除時(shí)間

12、早期的不可寫(xiě)入存儲(chǔ)器主要操作是讀操作，而編程（寫(xiě)入）操作和擦除操作很少，因此讀時(shí)間就是很重要的參數(shù)，通常按照讀出數(shù)據(jù)方式的不同，讀操作時(shí)間又分為隨機(jī)讀時(shí)間與序列讀時(shí)間。 可寫(xiě)入存儲(chǔ)器由于寫(xiě)入、擦除操作頻繁，因此寫(xiě)入、擦除操作時(shí)間也是重要參數(shù)。 （3）編程次數(shù) 對(duì)于現(xiàn)在正在使用的NAND FLASH存儲(chǔ)器，一般具有100萬(wàn)次以上的編程次數(shù)，但是E2PROM存儲(chǔ)器的編程次數(shù)一般小于10萬(wàn)次，有些產(chǎn)品甚至少到100次（4）數(shù)據(jù)保存時(shí)間 一般可達(dá)20年以上。（5）功耗 低功耗可以使存儲(chǔ)器用于便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如移動(dòng)數(shù)據(jù)采集、手機(jī)等，因此也是很重要的技術(shù)指標(biāo)。超低功耗存儲(chǔ)器的工作電流為微安級(jí)。7.1.4

13、 并行接口EPROM存儲(chǔ)器2725627256是紫外線擦除的EPROM存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量為32K8，引腳具有TTL兼容邏輯電平，其雙列直插封裝（DIP）引腳排列如圖7-12所示， 該存儲(chǔ)器采用紫外線擦除數(shù)據(jù)，用編程器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，常在早期8031單片機(jī)組成的電子系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)用戶編制的程序。該存儲(chǔ)器與8031單片機(jī)接線如圖7-14所示。*7.1.5 并行接口E2PROM存儲(chǔ)器AT28C64B AT28C64B是并行存取容量為8192字的8位E2PROM。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-16所示。 在AT28C64B的結(jié)構(gòu)中，除了X、Y地址譯碼器、存儲(chǔ)器矩陣和、和控制邏輯外，還有數(shù)據(jù)鎖存、輸入/輸出緩沖、Y軸門(mén)控和器

14、件辨識(shí)模塊。AT28C64B的引腳排列如圖7-17所示，引腳功能如表7-1所示。 該芯片處于非選擇狀態(tài)時(shí)的電源電流小于100mA。編程次數(shù)可達(dá)到100000以上，數(shù)據(jù)可以保存10年。 該芯片電源電壓為5V，運(yùn)行電流為40mA時(shí)耗散功率220mW，具有CMOS/TTL兼容的輸入與輸出引腳。1）讀操作 讀操作時(shí)序如圖7-18所示。由時(shí)序圖可知，在或?yàn)楦唠娖綍r(shí)，輸出引腳為高阻狀態(tài)。當(dāng)?shù)刂酚行Ш?，在和同為低電平時(shí)，給定地址的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在輸出引腳I/O0I/O7。讀操作時(shí)間參數(shù)如表7-3所示。（3）頁(yè)寫(xiě)操作 AT28C64B頁(yè)寫(xiě)操作允許在一個(gè)內(nèi)部寫(xiě)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)164個(gè)字節(jié)的寫(xiě)入操作。（4）數(shù)據(jù)查詢(xún) AT2

15、8C64B具有內(nèi)部寫(xiě)周期結(jié)束檢查的數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。（5）跳變位查詢(xún) 除了數(shù)據(jù)查詢(xún)外，AT28C64B還提供了確定寫(xiě)操作結(jié)束的跳變位方法。（6）數(shù)據(jù)保護(hù) 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境都比較惡劣，電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)、閃電、雷擊等都可能造成儀器儀表中E2PROM的數(shù)據(jù)被非法改寫(xiě)。AT28C64B的具有硬件數(shù)據(jù)保護(hù)措施。（7）整片擦除 AT28C64B芯片具有整片擦除功能，即把所有存儲(chǔ)單元都清除成“1”。（8）軟件保護(hù) AT28C64B芯片的軟件數(shù)據(jù)保護(hù)措施可以保護(hù)芯片在受到干擾時(shí)不損壞和丟失數(shù)據(jù)。AT28C64B具有軟件數(shù)據(jù)保護(hù)功能（SDP，Software Data Protection），該功能由用戶啟動(dòng)。圖

16、7-21為89C51單片機(jī)與28C64B連接時(shí)的讀/寫(xiě)時(shí)序圖。圖7-21 89C51單片機(jī)與28C64B連接時(shí)的讀/寫(xiě)時(shí)序圖7.1.6 二極管ROM實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路 【例7-1】 試用74LS160、74LS138、74LS04和二極管ROM矩陣組成一個(gè)4彩燈控制電路。各個(gè)彩燈（發(fā)光二極管）亮滅如表7-5所示。圖7-22 4彩燈控制電路【例7-2】 十進(jìn)制數(shù)-4位二進(jìn)制數(shù)代碼轉(zhuǎn)換（撥碼盤(pán)電路）?！纠?-3】 采用ROM實(shí)現(xiàn)2位二進(jìn)制數(shù)相乘。7.2 隨機(jī)存儲(chǔ)器 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）用于隨機(jī)向存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元寫(xiě)入數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)單元中讀出數(shù)據(jù)，具有無(wú)限次存取、存取速度快的特點(diǎn)。在易失數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器中，

17、存儲(chǔ)單元斷電后，存儲(chǔ)器中的信息會(huì)丟失。1易失數(shù)據(jù)的隨機(jī)存儲(chǔ)器 （1）靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM，Static Random Access Memory） 數(shù)據(jù)保存在類(lèi)似觸發(fā)器的存儲(chǔ)單元中，只要有電源，數(shù)據(jù)就存在。 （2）動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM，Dynamic Random Access Memory） 數(shù)據(jù)保存在電容器組成的存儲(chǔ)單元中，要使數(shù)據(jù)存在，不僅需要電源，而且需要刷新電容中的電荷（充電）。2非易失數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器（NVRAM，Nonvolatile RAM） （1）SRAM+后備電池（BAKBAT） 這種非易失RAM，把低功耗SRAM與供電電池集成到1個(gè)封裝中，具有RAM的讀/寫(xiě)速度，

18、又具有非易失的特點(diǎn)。當(dāng)電源電壓降低到一定值時(shí)，芯片處于寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)，正常工作情況下，電池不斷地被充電，使斷開(kāi)外電源后，電池的電量仍然可以使數(shù)據(jù)保存幾十年以上。（2）SRAM+E2PROM 這種非易失存儲(chǔ)器不需要后備電池，可以像SRAM一樣地讀/寫(xiě)，所以兼容現(xiàn)在所有的SRAM接口，在電壓降低到一定值時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)保存到E2PROM中，當(dāng)電壓升到一定值時(shí)，會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)返回SRAM中。7.2.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器1靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的組成SRAM由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼電路、讀寫(xiě)控制電路組成，圖7-26所示的就是4096個(gè)存儲(chǔ)單元的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。2SRAM的存儲(chǔ)器單元靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元工作原理與觸發(fā)器類(lèi)似，

19、一般由MOS管組成，在小容量的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中也有使用雙極性晶體管組成的存儲(chǔ)單元。既然是觸發(fā)器，就具備觸發(fā)器的特征，當(dāng)電源加上時(shí)，輸出狀態(tài)不確定，當(dāng)斷電時(shí)，不能保留狀態(tài)。 3讀/寫(xiě)控制電路SRAM存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)電路如圖7-28所示。 4實(shí)際的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器圖7-29所示的是62256靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的符號(hào)圖。該存儲(chǔ)器共有32K8位存儲(chǔ)單元，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-30所示。圖7-32顯示的是8051單片機(jī)外擴(kuò)隨機(jī)存儲(chǔ)器62256時(shí)的接線圖。由圖可知，8051單片機(jī)的P0口分時(shí)輸出地址與數(shù)據(jù)，P2口輸出地址高7位，ALE信號(hào)控制74LS373鎖存地址低8位，讀信號(hào)RD與寫(xiě)信號(hào)WR控制讀/寫(xiě)62256。讀

20、/寫(xiě)62256的過(guò)程與讀/寫(xiě)28C64B的過(guò)程相同。*7.2.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器1動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）是指存儲(chǔ)陣列需要不斷刷新保證保存數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)器，原因是使用電容保存數(shù)據(jù)，所以必須間隔一定時(shí)間對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行刷新（充電），否則保存的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。對(duì)DRAM來(lái)說(shuō)，每次讀取數(shù)據(jù)實(shí)際上是一次放電，讀后必須對(duì)電容進(jìn)行充電，保證其保存內(nèi)容的有效性，即使不對(duì)它進(jìn)行讀取，每隔一定的時(shí)間也需要對(duì)它進(jìn)行一次刷新。 DRAM存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元與SRAM存儲(chǔ)單元相比簡(jiǎn)單得多，是由一個(gè)晶體管和電容構(gòu)成的，由于簡(jiǎn)單，因此占用很小的芯片面積，使DRAM具有高集成度和低成本的特點(diǎn)。 由于要刷新存儲(chǔ)單元，所

21、以在DRAM中有刷新電路，另外為節(jié)省引腳，DRAM采用復(fù)用地址引腳技術(shù)，就是先接收行地址，將行地址鎖存后再接收列地址的技術(shù)。2存儲(chǔ)單元 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元使用電容存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是比靜態(tài)存儲(chǔ)單元簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，因而可以作成大容量、低價(jià)格的存儲(chǔ)器。缺點(diǎn)是電容的電荷不能長(zhǎng)時(shí)間保持，需要周期地刷新才能使數(shù)據(jù)不丟失，刷新操作需要附加電路而且操作復(fù)雜。圖7-33所示的是MOS管和電容組成的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元中MOS管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)，控制電容C是否與列線連接。讀、寫(xiě)和刷新操作如圖7-34所示。3同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器HY57V641620HY57V641620芯片的存儲(chǔ)矩陣分為4個(gè)存儲(chǔ)體（BANK），

22、每個(gè)存儲(chǔ)體的容量為4M16=64M，所以總存儲(chǔ)容量為256M，位寬度是16位。 同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器HY57V641620（1）單片機(jī)與SDRAM之間的關(guān)系HY57V561620芯片分為4個(gè)存儲(chǔ)體。因此32位單片機(jī)與兩片HY57V561620芯片的接線可以由圖7-36所示。（2）單片機(jī)與芯片之間的動(dòng)作順序單片機(jī)先用片選信號(hào)AD14確定存儲(chǔ)器，然后對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址操作；接下來(lái)是對(duì)被選中的存儲(chǔ)器內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一的邏輯存儲(chǔ)體尋址，由于邏輯存儲(chǔ)體的數(shù)量為4個(gè)，因此單片機(jī)提供兩個(gè)選擇信號(hào)AD13、AD12；最后就是對(duì)被選中的存儲(chǔ)體進(jìn)行統(tǒng)一的行/列（存儲(chǔ)單元）尋址，尋址信號(hào)為AD11AD0，數(shù)據(jù)線為D31D0；（3）

23、SDRAM命令a）初始化。b）邏輯存儲(chǔ)體選擇和行有效。c）列讀/寫(xiě)操作。d）讀數(shù)據(jù)。e）寫(xiě)數(shù)據(jù)。f）預(yù)充電。g）數(shù)據(jù)刷新。h）數(shù)據(jù)掩碼。*7.2.3 非易失RAM介紹1SRAM+后備電池型非易失存儲(chǔ)器SRAM+后備電池結(jié)構(gòu)的非易失RAM結(jié)構(gòu)如圖7-37所示。 可以看出是由電路板、SRAM、電池、控制器和外封裝構(gòu)成。 雖然像只讀存儲(chǔ)器一樣數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但是存取速度可以達(dá)到100ns；電池充電一次，可以保證數(shù)據(jù)保存23年，一次深充電后，數(shù)據(jù)可以保存60年，若是多次充電，數(shù)據(jù)保存時(shí)間可以更長(zhǎng)；為使電池壽命更長(zhǎng)，第一次使用時(shí)，需要對(duì)電池充電96小時(shí)以上。2SRAM+E2PROM型非易失存儲(chǔ)器將SRAM

24、+E2PROM組合在一起的非易失SRAM存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需后備電池的非易失性存儲(chǔ)，芯片接口、時(shí)序等與標(biāo)準(zhǔn)SRAM完全兼容，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-39所示。通常SRAM+E2PROM型非易失存儲(chǔ)器的操作都在SRAM中進(jìn)行，只有當(dāng)外電源突然斷電或者系統(tǒng)需要存儲(chǔ)的時(shí)候才會(huì)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到E2PROM中去，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)上電后會(huì)把E2PROM中的數(shù)據(jù)回讀到SRAM中，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。（1）自動(dòng)存儲(chǔ) 當(dāng)檢測(cè)到外電源電壓低于最小值時(shí)，會(huì)自動(dòng)保存SRAM的數(shù)據(jù)到E2PROM中，其間所需要的電源由外部的電容C提供。（2）硬件存儲(chǔ)將引腳連接至單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)輸出信號(hào)將拉到低電平時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)操作，會(huì)保存SRAM的數(shù)據(jù)到E2P

25、ROM中。（3）軟件存儲(chǔ) 軟件存儲(chǔ)是由一個(gè)預(yù)定義的6個(gè)確定地址的連續(xù)SRAM讀操作后，控制數(shù)據(jù)從SRAM保存至E2PROM中。a）自動(dòng)回讀。當(dāng)檢測(cè)到外電源重新上電時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)從E2PROM回讀到SRAM中。b）軟件回讀。軟件回讀是由一個(gè)預(yù)定義的6個(gè)確定地址的連續(xù)SRAM讀操作后，控制數(shù)據(jù)從E2PROM復(fù)制到SRAM中。*7.3 鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（FRAM，F(xiàn)erroelectric RAM），是以鐵電物質(zhì)為原材料的存儲(chǔ)器，不僅具有動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的高速特性，還能在掉電情況下存儲(chǔ)信息，即具有非易失性。1鐵電存儲(chǔ)器技術(shù)原理 FRAM利用鐵電晶體的鐵電效

26、應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，鐵電效應(yīng)是指在鐵電晶體上施加一定的電場(chǎng)時(shí)，晶體中心原子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，越過(guò)中間層，并達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)電場(chǎng)從晶體移走后，中心原子會(huì)保持在原來(lái)的位置。這是由于晶體的中間層具有高能階，中心原子在沒(méi)有獲得外部能量時(shí)不能越過(guò)高能階的中間層到達(dá)另一穩(wěn)定位置，因此FRAM保持?jǐn)?shù)據(jù)不需要電壓，也不需要像DRAM一樣周期性刷新。由于鐵電效應(yīng)是鐵電晶體所固有的一種偏振極化特性，與電磁作用無(wú)關(guān)，所以FRAM存儲(chǔ)器的內(nèi)容不會(huì)受到外界條件（諸如磁場(chǎng)因素）的影響，能夠同普通ROM存儲(chǔ)器一樣使用，具有非易失性的存儲(chǔ)特性。2FRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)FRAM的存儲(chǔ)單元主要由鐵電電容和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，但這個(gè)鐵電

27、電容不是一般的電容，在它的兩個(gè)電極板中間沉淀了一層晶態(tài)的鐵電晶體薄膜。MOS管與鐵電電容Cfe組成的存儲(chǔ)單元如圖7-40所示。3FRAM的讀/寫(xiě)操作圖7-41顯示的是讀/寫(xiě)操作電路圖。圖中的靈敏放大器用于放大讀出信號(hào)。4實(shí)際的鐵電存儲(chǔ)器FM25L256是256K串行鐵電非易失RAM存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器具有如下特點(diǎn)：圖7-42 FM25L256引腳排列圖 存儲(chǔ)容量為327688位； 具有無(wú)限制讀/寫(xiě)周期； 數(shù)據(jù)可以保持10年； 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPI三線接口； 接口頻率為25MHz； 可以直接替換相同接口的E2PROM。 該存儲(chǔ)器與單片機(jī)的SPI接口接線如圖7-43所示。其中單片機(jī)的P1.0引腳用于片選

28、；MOSI是單片機(jī)輸出、存儲(chǔ)器接收引腳；MISO是單片機(jī)接收、存儲(chǔ)器輸出引腳；SCK是時(shí)鐘引腳，這三個(gè)引腳分別與FM25L256的時(shí)鐘SCK、輸入/輸出SI和SO引腳相連。 SPI總線是摩托羅拉公司首先推出的一種同步串行傳送標(biāo)準(zhǔn)，是通用的單片機(jī)串行擴(kuò)展接口。很多公司的單片機(jī)芯片與相關(guān)的外設(shè)芯片具有SPI接口。該存儲(chǔ)器與一般串行E2PROM相比具有如下優(yōu)點(diǎn)。 讀寫(xiě)速度：串行E2PROM隨機(jī)寫(xiě)一個(gè)字節(jié)需要5ms，而FM25L256需要2ms。 讀寫(xiě)次數(shù)：E2PROM可寫(xiě)100萬(wàn)次，而FM25L256無(wú)限次。 低功耗：E2PROM的功耗在mA級(jí)，而FM25L256的功耗在mA級(jí)。該芯片可以替代一般的E2PROM存儲(chǔ)器，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單可靠。7.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展7.4.1 位擴(kuò)展 如果一片存儲(chǔ)器的位寬不夠用時(shí)，就需要位擴(kuò)展，將多片存儲(chǔ)器組合成位數(shù)更多的存儲(chǔ)器。位擴(kuò)展法也稱(chēng)位并聯(lián)法，采用這種方法構(gòu)成存儲(chǔ)器時(shí)，各存儲(chǔ)芯片連接的地址、讀寫(xiě)、片選信號(hào)是相同的。而存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線則分別連接到各個(gè)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線上。 圖7-44給出的是按位擴(kuò)展法將