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單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)。在外部觸發(fā)信號(hào)的作用下,其進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài),當(dāng)外部觸發(fā)條件消失后(通常很快消失),暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后,自行回到穩(wěn)態(tài).單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成,也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間即脈沖寬度也由電路的阻容元件決定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要用于定時(shí),它不能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖,但卻可把其它形狀的信號(hào)變換成為矩形波,用途很廣。本章小結(jié):
多諧振蕩器是一種自激振蕩電路,不需要外加輸入信號(hào),就可以自動(dòng)地產(chǎn)生出矩形脈沖。多諧振蕩器可以由門電路構(gòu)成,也可以由施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或者555定時(shí)器構(gòu)成。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài),所以又稱為無穩(wěn)電路。在多諧振蕩器中,由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài),其“觸發(fā)”信號(hào)是由電路內(nèi)部電容充(放)電提供的,因此無需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。
555定時(shí)器是一種應(yīng)用廣泛、使用靈活的集成器件,多用于脈沖產(chǎn)生、整形及定時(shí)等。本章小結(jié):本章小結(jié):
施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。而且由于具有滯回特性,所以抗干擾能力也很強(qiáng)。施密特觸發(fā)器可以由分立元件構(gòu)成,也可以由門電路及555定時(shí)器構(gòu)成。施密特觸發(fā)器在脈沖的產(chǎn)生和整形電路中應(yīng)用很廣。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器多諧振蕩器施密特觸發(fā)器555定時(shí)器的應(yīng)用練習(xí)一:圖為一心律失常報(bào)警電路,vI是經(jīng)過放大后的心電信號(hào),其幅值vIm=4V。(1)對(duì)應(yīng)vI分別畫出圖中vo1、vo2、vo三點(diǎn)的電壓波形;
(2)說明電路的組成及工作原理。練習(xí)二、一過壓監(jiān)視電路如圖所示,試說明當(dāng)監(jiān)視電壓vx超過一定值時(shí),發(fā)光二極管D將發(fā)出閃爍的信號(hào)。
提示:當(dāng)晶體管T飽和時(shí),555的管腳1端可認(rèn)為處于地電位。
練習(xí)三:間歇振蕩器聲響電路振蕩器Ⅰ的輸出電壓uo1,接到振蕩器Ⅱ中555定時(shí)器的復(fù)位端(4腳),當(dāng)uo1為高電平時(shí)振蕩器Ⅱ振蕩,為低電平時(shí)555定時(shí)器復(fù)位,振蕩器Ⅱ停止震蕩。練習(xí)四:報(bào)警器7.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)7.1只讀存儲(chǔ)器(ROM)7.3可編程邏輯器件(PLD)7存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件教學(xué)基本要求:掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器字、位、存儲(chǔ)容量、地址、等基本概念。理解RAM、ROM的工作原理了解RAM、ROM的典型應(yīng)用。理解PLD的結(jié)構(gòu)及工作原理。(2)ROM--ReadOnlyMemory(1)
RAM--RandomAccessMemory半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為兩大類:存儲(chǔ)器RAM(Random-AccessMemory)ROM(Read-OnlyMemory)固定ROM可編程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(StaticRAM):靜態(tài)RAMDRAM(DynamicRAM):動(dòng)態(tài)RAMFLASH
存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)二值信息的大規(guī)模集成電路,是數(shù)字系統(tǒng)重要部件。存儲(chǔ)容量:存儲(chǔ)二值信息的總量。存儲(chǔ)容量=字?jǐn)?shù)*位數(shù)=2n*m(n為存儲(chǔ)器地址線個(gè)數(shù)
,m為字長(zhǎng)即數(shù)據(jù)線的個(gè)數(shù))。地址線:7數(shù)據(jù)線:8128(字)*8(位)=27*8例:1K=210=1024;1M=220=1024K;1G=230=1024M字?jǐn)?shù):字的總量。字長(zhǎng)(位數(shù)):表示一個(gè)信息的多位二進(jìn)制碼稱為一個(gè)字,字的位數(shù)稱為字長(zhǎng)。地址:每個(gè)字的編號(hào)。字?jǐn)?shù)=2n(n為存儲(chǔ)器外部地址線的線數(shù))基本概念:1024(1K)字*8(位)=210*8地址線:10數(shù)據(jù)線:8
RAM是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,在任意時(shí)刻,對(duì)任意單元可進(jìn)行存/取(即:寫入/讀出)操作。RAM特點(diǎn):靈活-程序、數(shù)據(jù)可隨時(shí)更改;易失-斷電或電源電壓波動(dòng),會(huì)使內(nèi)容丟失。
ROM是只讀存儲(chǔ)器,在正常工作狀態(tài)只能讀出信息,不能隨時(shí)寫入。ROM特點(diǎn):非易失性-信息一旦寫入,即使斷電信息也不會(huì)丟失。常用于存放固定信息(如程序、常數(shù)等)。編程較麻煩-需用專用編程器。7.1只讀存儲(chǔ)器
只讀存儲(chǔ)器,工作時(shí)內(nèi)容只能讀出,不能隨時(shí)寫入,所以稱為只讀存儲(chǔ)器。(Read-OnlyMemory)ROM的分類按寫入情況劃分
固定ROM可編程ROMPROMEPROME2PROM按存貯單元中器件劃分
二極管ROM三極管ROMMOS管ROM一、ROM的定義與基本結(jié)構(gòu)FlashMemory存儲(chǔ)矩陣
地址譯碼器地址輸入數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)輸入輸出控制電路地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣輸出控制電路
ROM主要由地址譯碼器、存儲(chǔ)單元矩陣和輸出緩沖器三部分組成。1、二極管ROM結(jié)構(gòu)示意圖存儲(chǔ)矩陣位線字線輸出控制電路存儲(chǔ)容量=44地址譯碼器二、固定ROM字線與位線的交點(diǎn)都是一個(gè)存儲(chǔ)單元。交點(diǎn)處有二極管相當(dāng)存1,無二極管相當(dāng)存0當(dāng)OE=1時(shí)輸出為高阻狀態(tài)000101111101111010001101地址A1A0D3D2D1D0內(nèi)容當(dāng)OE=0時(shí)字線存儲(chǔ)矩陣位線字線與位線的交點(diǎn)都是一個(gè)存儲(chǔ)單元。交點(diǎn)處有MOS管相當(dāng)存0,無MOS管相當(dāng)存1。該存儲(chǔ)器的容量=?2、MOS管ROM結(jié)構(gòu)示意圖二維譯碼3、三極管ROM和MOS管ROM
可編程序的ROM,在出廠時(shí)全部存儲(chǔ)“1”,用戶根據(jù)需要將某些單元改寫為“0”,但是,只能改寫一次,稱為PROM。字線位線熔斷絲
若將熔絲燒斷,該單元?jiǎng)t變成“0”。顯然,一旦燒斷后不能再恢復(fù)。三、可編程ROM1、可編程PROM存儲(chǔ)或矩陣字線位線二極管PROM—以4×4為例存儲(chǔ)單元1011111000111100譯碼與矩陣輸出緩沖器任何時(shí)刻只有一根字線為高電平。SIMOS管利用浮柵是否累積有負(fù)電荷來存儲(chǔ)二值數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)單元采用N溝道疊柵管(SIMOS)。其結(jié)構(gòu)如下:寫入數(shù)據(jù)前,浮柵不帶電荷,要想使其帶負(fù)電荷,需在漏、柵級(jí)上加足夠高的電壓25V即可。若想擦除,可用紫外線或X射線,距管子2厘米處照射15-20分鐘。當(dāng)浮柵上沒有電荷時(shí),給控制柵加上控制電壓,MOS管導(dǎo)通.2、可擦除可編程ROM(EPROM)可編程EPROM(256X1位)256個(gè)存儲(chǔ)單元排成1616的矩陣行譯碼器從16行中選出要讀的一行列譯碼器再從選中的一行存儲(chǔ)單元中選出要讀的一列的一個(gè)存儲(chǔ)單元。如選中的存儲(chǔ)單元的MOS管的浮柵注入了電荷,該管截止,讀得1;相反讀得0與EPROM的區(qū)別是:浮柵延長(zhǎng)區(qū)與漏區(qū)N+之間的交疊處有一個(gè)厚度約為80A(埃)的薄絕緣層??捎秒姴脸畔?,寫入就是擦除過程,以字為單位,速度高,可重復(fù)擦寫1萬次。3、電可擦E2ROM(隧道MOS)與EPROM的區(qū)別是:1.閃速存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元MOS管的源極N+區(qū)大于漏極N+區(qū),而SIMOS管的源極N+區(qū)和漏極N+區(qū)是對(duì)稱的;
2.浮柵到P型襯底間的氧化絕緣層比SIMOS管的更薄。4、快閃存儲(chǔ)器FlashMemory可用電擦除信息,擦除過后才能寫入,擦除以塊為單位。2716、2816:2kX8四、集成ROM芯片介紹集成電路OTP-EPROM——AT27C010128K*8位ROM
OneTimeProgrammableEPROM舉例——2764五.ROM容量的擴(kuò)展(1)字長(zhǎng)的擴(kuò)展(位擴(kuò)展)現(xiàn)有型號(hào)的EPROM,輸出多為8位。下圖是將兩片2764擴(kuò)展成8k×16位EPROM的連線圖。例:用8片2764擴(kuò)展成64k×8位的EPROM:(2)字?jǐn)?shù)擴(kuò)展(地址碼擴(kuò)展)(1)用于存儲(chǔ)固定的數(shù)據(jù)、表格(2)查表或碼制變換五、
ROM的簡(jiǎn)單應(yīng)用(3)用戶程序的存貯(4)構(gòu)成組合邏輯電路
把變量值作為地址碼,對(duì)應(yīng)的函數(shù)值作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù),這稱為“造表”。使用時(shí),根據(jù)輸入的地址,就可在輸出端得到所需的函數(shù)值,這稱為“查表”。例:查某個(gè)角度的三角函數(shù)
碼制變換--把欲變換的編碼作為地址,把最終的目的編碼作為相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容即可。0000000100101001…例1用ROM實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制譯碼顯示電路。例2用ROM實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。2/4線譯碼器A1A000011011D0D1D2D3【解】
(1)寫出各函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式:按A、B、C、D順序排列變量,將Y1、Y2、Y4擴(kuò)展成為四變量邏輯函數(shù)?!纠?】試用ROM實(shí)現(xiàn)下列函數(shù):(2)選用16×4位ROM,畫存儲(chǔ)矩陣連線圖:例3ROM在波形發(fā)生器中的應(yīng)用A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963ROMD/A計(jì)數(shù)器CP計(jì)數(shù)脈沖送示波器34ot
o0CI3I2I1I0二進(jìn)制碼O3O2O1O0格雷碼CI3I2I1I0格雷碼O3O2O1O0二進(jìn)制碼000000000100000000000010001100010001000100011100100011000110010100110010001000110101000111001010111101010110001100101101100100001110100101110101010001100110001111010011101110011110010101111110101100010111110110111101011001010111001000011011011111011001011101001111101011011111000111111010例4用ROM實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼與格雷碼相互轉(zhuǎn)換的電路六、ROM的讀操作與時(shí)序圖(自學(xué))(2)加入有效的片選信號(hào)(3)使輸出使能信號(hào)有效,經(jīng)過一定延時(shí)后,有效數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上;(4)讓片選信號(hào)或輸出使能信號(hào)無效,經(jīng)過一定延時(shí)后數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài),本次讀出結(jié)束。(1)欲讀取單元的地址加到存儲(chǔ)器的地址輸入端;7.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)一、RAM的結(jié)構(gòu)與工作原理存儲(chǔ)矩陣用于存放二進(jìn)制數(shù),一個(gè)單元放一位也可將若干位組成字統(tǒng)一尋址,排列成矩陣形式。讀/寫控制電路完成對(duì)選中的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)的操作。把信息存入存儲(chǔ)器的過程稱為“寫入”操作。反之,從存儲(chǔ)器中取出信息的過程稱為“讀出”操作。地址譯碼器的作用是對(duì)外部輸入的地址碼進(jìn)行譯碼,以便唯一地選擇存儲(chǔ)矩陣中一個(gè)存儲(chǔ)單元。
例如:容量為256×1的存儲(chǔ)器(1)地址譯碼器8根列地址選擇線32根行地址選擇線32×8=256個(gè)存儲(chǔ)單元譯碼方式單譯碼雙譯碼---n位地址,譯碼輸出2n個(gè)地址選擇線,可尋址2n
個(gè)字---將地址分成兩部分,分別由行譯碼器和列譯碼器共同譯碼其輸出為存儲(chǔ)矩陣的行列選擇線,由它們共同確定欲選擇的地址單元。若給出地址A7-A0=00100001,將選中哪個(gè)存儲(chǔ)單元讀/寫?
若容量為256×4的存儲(chǔ)器,有256個(gè)字,8根地址線A7-A0,但其數(shù)據(jù)線有4根,每字4位。8根列地址選擇線32根行地址選擇線1024個(gè)存儲(chǔ)單元
若給出地址A7-A0=00011111,哪個(gè)單元的內(nèi)容可讀/寫?
(2)存儲(chǔ)矩陣靜態(tài)RAM存儲(chǔ)單元(SRAM)--以六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元為例基本RS觸發(fā)器控制該單元與位線的通斷控制位線與數(shù)據(jù)線的通斷Xi
=0,T5、T6截止,觸發(fā)器與位線隔離。T1-T6構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)單元。T3、T4為負(fù)載,T1、T2為基本RS觸發(fā)器。來自行地址譯碼器的輸出Xi
=1,T5、T6導(dǎo)通,觸發(fā)器與位線接通。Yj
=1,T7
、T8導(dǎo)通,觸發(fā)器的輸出與數(shù)據(jù)線接通,該單元數(shù)據(jù)可傳送。動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元(DRAM)
--以三管和單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元為例由于漏電流的存在,電容上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(電荷)不能長(zhǎng)久保存,因此必須定期給電容補(bǔ)充電荷,以避免存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失,這種操作稱為再生或刷新。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電容存儲(chǔ)單元寫入數(shù)據(jù)的控制門讀出數(shù)據(jù)的控制門寫入刷新控制電路(3)片選信號(hào)與讀/寫控制電路當(dāng)CS=0時(shí),選中該單元.
若R/W=1,三態(tài)門1、2關(guān),3開,數(shù)據(jù)通過門3傳到I/O口,進(jìn)行讀操作;當(dāng)CS=1時(shí),三態(tài)門均為高阻態(tài),I/O口與RAM內(nèi)部隔離。
當(dāng)Xi和Yi中有一消失,該單元與數(shù)據(jù)線聯(lián)系被切斷,由于互鎖作用,信息將被保存。若R/W=0,門1、2開,門3關(guān),數(shù)據(jù)將從I/O口通過門1、2,向T7、T8寫入,進(jìn)行寫操作。二、RAM存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展位擴(kuò)展可以利用芯片的并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)。即地址線、讀/寫線、片選信號(hào)對(duì)應(yīng)并聯(lián),各I/O口作為整個(gè)RAM輸入/出數(shù)據(jù)端的一位。···CE┇A11A0···WED0D1
D2
D3WECEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3D12D13D14D15CEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3WE1.字長(zhǎng)(位數(shù))的擴(kuò)展---用4KX4位的芯片組成4K*16位的存儲(chǔ)系統(tǒng)。2.字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展—用用8KX8位的芯片組成32K*8位的存儲(chǔ)系統(tǒng)。RAM1D0D7A0A12CE1芯片數(shù)=4RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1系統(tǒng)地址線數(shù)=15系統(tǒng):A0~A14
A13~A14?2000H2001H2002H┇3FFFH4000H400H4002H┇5FFFH6000H6001H6002H┇7FFFH0000H0001H0002H┇1FFFH芯片:A0~A12
32K×8位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的地址分配表各RAM芯片譯碼器有效輸出端擴(kuò)展的地址輸入端A14A138K×8位RAM芯片地址輸入端
A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制地址碼
Ⅰ
00
00000
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0
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000000
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1
0┇11111
1
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1
1
1
1
10000H0001H0002H┇1FFFH
Ⅱ
01
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0┇11111
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1
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12000H2001H2002H┇3FFFH
Ⅲ
10
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0
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1
0┇11111
1
1
1
1
1
1
1
14000H400H4002H┇5FFFH
Ⅳ
Y0
Y1
Y2
Y3
11
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0
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1
0┇11111
1
1
1
1
1
1
1
16000H6001H6002H┇7FFFH
字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可以利用外加譯碼器控制存儲(chǔ)器芯片的片選輸入端來實(shí)現(xiàn)。3.字?jǐn)?shù)、位數(shù)同時(shí)擴(kuò)展用256×4的RAM擴(kuò)展為1K×8位的RAM
Y0Y1Y2Y32/4A9A8A0-A74256×4256×4CSI/OI/OCS84256×4256×4CSI/OI/OCS844…高四位低四位三、集成
RAM芯片6264芯片是靜態(tài)SRAM,28腳雙列直插封裝。動(dòng)態(tài)DRAM2114從邏輯功能的特點(diǎn)來看,數(shù)字電路可分為通用型和專用型兩種。前面介紹的都屬于通用型。如門電路、計(jì)數(shù)器、寄存器等。有很多電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能,是為專門設(shè)計(jì)的集成電路,稱為專用集成電路,簡(jiǎn)稱ASIC。7.3可編程陣列邏輯器件PLDPLD(ProgrammableLogicalDevice)可編程邏輯器件,屬于通用器件,其邏輯功能是由用戶通過編程來設(shè)定的。PLD的集成度很高,足以滿足一般數(shù)字系統(tǒng)的要求。。
1、PLD的結(jié)構(gòu)、表示方法與門陣列或門陣列乘積項(xiàng)和項(xiàng)PLD主體輸入電路輸入信號(hào)互補(bǔ)輸入輸出電路輸出函數(shù)反饋輸入信號(hào)
可由或陣列直接輸出,構(gòu)成組合輸出;通過寄存器輸出,構(gòu)成時(shí)序方式輸出。1)、PLD的基本結(jié)構(gòu)與門陣列或門陣列乘積項(xiàng)和項(xiàng)互補(bǔ)輸入2).
PLD的邏輯符號(hào)表示方法(1)
連接的方式(2)基本門電路的表示方式F1=A?B?C與門或門ABCDF1
AB
C&
L
AB
C≥1L
DF1=A+B+C+D輸出恒等于0的與門(3)編程連接技術(shù)
PLD表示的與門熔絲工藝的與門原理圖三態(tài)輸出緩沖器輸出為1的與門輸入緩沖器VCC+(5V)
R
3kW
L
D1
D2
D3
A
B
C
高電平A、B、C有一個(gè)輸入低電平0VA、B、C三個(gè)都輸入高電平+5V5V0V5V低電平
L
VCC
A
B
C
D
5V5V5VL=A?B?C連接連接連接斷開A、B、C中有一個(gè)為0A、B、C都為1輸出為0;輸出為1。L=AC斷開連接連接斷開L=ABCXX器件的開關(guān)狀態(tài)不同,電路實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)也就不同101111按集成密度分為2.可編程邏輯器件的分類按結(jié)構(gòu)分為-基于與/或陣列結(jié)構(gòu)的器件(PROM、PLA、PAL、GAL)、CPLD(EPLD),并稱之為PLD。-基于SRAM的器件(FPGA)按編程工藝分為
1.熔絲和反熔絲編程器件。如:Actel的FPGA器件。
2.SRAM器件。如:Xilinx的FPGA器件。
3.UEPROM器件,即紫外線擦除/電編程器件。如大多數(shù)的EPLD器件。
4.EEPROM器件。如:GAL、CPLD器件。1970年的PROM1974年的PLD1977年的PAL1986年的GAL1987年的FPGA1992年的EPLD3.可編程邏輯器件的發(fā)展PAL的結(jié)構(gòu)4可編程陣列邏輯器件(PAL)簡(jiǎn)介輸入端輸入/輸出端輸出三態(tài)門輸入緩沖器可編程與陣列PAL是70年代末由MMI公司最先推出的一種可編程邏輯器件,它采用雙極型工藝制作,熔絲式編程方式。5可編程通用陣列邏輯器件(GAL)
PAL由于采用的是雙極型熔絲工藝,一旦編程后不能修改,同時(shí)輸出結(jié)構(gòu)類型太多,給設(shè)計(jì)和使用帶來不便。
1984年推出了新型的可編程邏輯器件---通用陣列邏輯(GAL)。它可以多次編程的器件,采用電可擦除的E2CMOS工藝,且在輸出端設(shè)置了可編程的輸出邏輯宏單元(OutputLogicMacroCell,簡(jiǎn)稱OLMC)。通過編程將OLMC設(shè)置成不同的工作狀態(tài),一片GAL便可實(shí)現(xiàn)PAL所有輸出電路的工作模式,增強(qiáng)了器件的通用性。工作速度快,功耗小,是理想器件。常用的GAL有兩種:GAL16V8(20腳雙列直插)和GAL20V8(24腳雙列直插),以GAL16V8為例??删幊痰呐c陣列8個(gè)輸入緩沖器2-98個(gè)反饋/輸入緩沖器8個(gè)三態(tài)輸出緩沖器12-198個(gè)輸出邏輯宏單元OLMC
CLK輸入
緩沖器輸出使能緩沖器陣列中共有可編程單元2048個(gè)結(jié)構(gòu)控制字
GAL器件的各種功能配置是由結(jié)構(gòu)控制字來控制的。用戶可通過編程軟件自動(dòng)設(shè)置
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