第22部分存储器和可编程逻辑器件.ppt

第22章 存储器和可编程逻辑器件,22.1 只读存储器,22.2 随机存取存储器,22.3 可编程逻辑器件,本章要求,1.了解ROM, RAM, PROM, EPROM和ROM 的结构和工作原理及功能的区别；,第22章 存储器和可编程逻辑器件,2.了解常用可编程逻辑器件在实际中的应用；,3. 会用可编程逻辑器件构成简单的逻辑函数,半导体存储器分类：,22.1 只读存储器,22.1.1 ROM的结构框图,只读存储器（ROM） ，它存储的信息是固定不变的。工作时，只能读出信息，不能随时写入信息。,图22.1.1 ROM的结构框图,表示存 储容量,1.存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码“1”或“0”。存储器是以字为单位进行存储的。图22.1.1中有N×M个存储单元。,2.地址译码器：为了存取的方便，给每组存储单元以确定的标号，这个标号称为地址。图22.1.1中，W0WN-1称为字单元的地址选择线，简称字线；地址译码器根据输入的代码从W0WN-1条字线中选择一条字线，确定与地址代码相对应的一组存储单元位置。被选中的一组存储单元中的各位数码经位线D0DM-1传送到数据输出端。,22.1.2 ROM的工作原理,图22.1.2二极管 ROM电路,存“1”,存“0”,(1) 存储矩阵,22.1.2 ROM的工作原理,1. 二极管构成的ROM的工作原理,如：字线W0与位线有四个交叉点, 其中与位线D0和D2交叉处接有二极管。当选中W0(为高电平)字线时，两个二极管导通，使位线D0和D2为“1”, 这相当于接有二极管的交叉点存“1”。,22.1.2 ROM的工作原理,交叉点处没有接二极管处，相当于存“0”；位线D1和D3为“0”, 这相当于没接有二极管的交叉点存“0”。,ROM的特点：存储单元存“0”还是存“1”是在设计和制造时已确定，不能改变；而且存入信息后，即使断开电源，所存信息也不会消失，所以ROM也称固定存储器。,(2) 地址译码器,图中是一个二极管译码器，两位地址代码A1A0可指定四个不同的地址。,22.1.2 ROM的工作原理,四个地址的逻辑式分别为：,地址译码器特点：,(1) N取一译码：即N条字线中，每次只能选中一条字线。图示电路为四选一译码。,(2)最小项译码：n个地址输入变量A0An最小项的数目为N=2n。图示电路最小项为四个。,地址译码器是一个“与”逻辑阵列,22.1.2 ROM的工作原理,22.1.3 ROM的阵列图,存储矩阵是一个“或”逻辑阵列,图22.1.3 简化的 ROM存储矩阵阵列图,有二极管,无二极管,2. 双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵,图22.1.4 双极型存储矩阵,存“1”,存“0”,2. 双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵,选中,1 1 0 1,导通,图22.1.5 MOS型存储矩阵,选中,0 0 1 0,1 1 0 1,导通,1. ROM构成的全加器,22.1.4 ROM的应用举例,在数字系统中ROM的应用十分广泛，如组合逻辑、波形变换、字符产生以及计算机的数据和程序存储等。,22.1.4 ROM的应用举例,表22.1.2全加器逻辑状态及三变量最小项编码,根据表22.1.2可得：,WO,m0,W1,m1,W2,m2,W3,m3,W4,m4,W5,m5,W6,m6,W7,m7,S,C,A,B,C,最,小,项,译,码,器,选中,如：,2. ROM构成的序列脉冲发生器,22.1.4 ROM的应用举例,采用计数器和ROM来实现。,例：要产生11000100这一八位序列脉冲。,在脉冲C的作用下，W0 W7依次被选中，从D依次输出01100010,工作波形,3. ROM构成的字符发生器,22.1.4 ROM的应用举例,字符发生器常用于显示终端、打印机及其其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符事先存储在ROM的存储矩阵中，再以适当的方式给出地址码，某个字符就能读出来，并驱动显示器显示。,下面用ROM构成的字符发生器显示字母R来说明其工作原理。,图22.1.8 字符显示原理图,(b),由图可看出该字符显示器由7行5 列构成存储矩阵，将字母R的形状分割成若干部分并在相应的单元存入信息“1”。当地址输入由 000110周期地循环变化时, 即可逐行扫描各字线, 把字线W0 W7所存储的字母“R”的字形信息从位线D0 D4读出。使显示设备一行行的显示出图22.1.8(b)的字形。,22.2 随机存取存储器,随机存取存储器（RAM） ，它能随时从任何一个指定地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读/写存储器。,22.2.1 RAM的结构和工作原理,图22.2.1 RAM的结构框图,1. 存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码“1”或“0”。与ROM不同的是RAM存储单元的数据不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必须由具有记忆功能的电路构成。,2. 地址译码器：也是N取一译码器。,22.2.2 RAM芯片简介,MOS型RAM,动态RAM：集成度高，功耗小，但必须定期给电容补充电荷，以防存储信息的丢失。,一般情况下，大容量的存储器使用动态RAM；小容量的存储器使用静态RAM。2114静态RAM的外引线排列图22.2.2。,图22.2.2 2114RAM外引线排列图,22.2.3 RAM的扩展,图22.2.3 2114RAM位数扩展,1. RAM位数的扩展,2. RAM字数的扩展,A11 A0十二根地址线，组成4096字4位的RAM,图22.2.3 用四片2114RAM字数扩展,可编程逻辑器件（PLD）它是由用户自行定义功能（编程）的一类逻辑器件的总称。,22.3 可编程逻辑器件,PLD中常用逻辑符号的含义,在图(a)中, 多个输入端“与”门只用一根输入线表示，称乘积线。输入变量A、B、C的输入线和乘积线的交点有三种情况：(1)黑点“”表示该点为固定连接点，用户不能改变。(2)叉点“”表示该点为用户定义编程点，出厂时此点是接通的, 用户可根据需要断开或保持接通。(3)既无黑点“”也无叉点“”时，表示该点是断开的或编程时擦除的，其对应的变量B不是“与”门的输入量。,图22.3.2 PLD阵列中的逻辑符号,22.3.1 可编程只读存储器,1.一次编程性只读存储器（PROM）,厂家制造PROM时，使存储矩阵（“或”阵列）的所有存储单元的内容全为“1”（或“0”），用户可根据自己的需要自行确定存储单元的内容。,图22.3.3 由二极管和熔断丝构成的存储单元,图22.3.4 PROM的阵列图,固定“与” 阵列,可编程“或” 阵列,例1: 图22.3.5是用PROM构成的阶梯波信号发生器，输出电压u0的波形由P图。ROM存储的内容决定。今需生产图22.3.6所示阶梯波信号，试列出PROM的编码表并画出PROM的编程阵列。说明：图中电子开关由PROM位线电平控制，当D=1时，开关接基准电压-UR;当D=0时，开关接地。,(2)由电压u0的关系式及其波形列出PROM的编程表,(3)由 PROM编程表画出PROM的编程阵列图,例2: 试用PROM产生一组逻辑函数。,(3)由Y0 Y2最小项画出PROM的编程阵列图,图22.3.8 用PROM 产生一组逻辑函数,固定“与” 阵列,可编程“或” 阵列,2. 可改写型只读存储器(EPROM）,3. 电可改型只读存储器(EEPROM）,尽管EPROM能实现擦除重写的目的，但由于紫外线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度也比较慢，为此，又产生了EEPROM。,22.3.2 可编程逻辑阵列（PLA）,PLA与PROM的结构相似，其区别在于PLA译码器部分也可由用户自己编程。,图22.3.9 PLA阵列图,可编程“或” 阵列,可编程“与” 阵列,例3 : 试用PLA产生例2的一组逻辑函数。,图22.3.10 用PLA产生一组逻辑函数,可编程“与” 阵列,与PROM阵列的编程相比PLA的编程简捷得多,可编程“与” 阵列,22.3.3 通用阵列逻辑（GAL）,通用阵列逻辑（GAL）是一种可多次编程、可电擦除的通用逻辑器件，它具有功能很强的可编程的输出级，能灵活地改变工作模式。,GAL既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；其输出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。此外，它还可以设置加密位。由于GAL芯片内部电路结构复杂，具体分析从略。,