（高职)第8章 半导体储存器和可编程逻辑器件ppt课件.ppt

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1、第8章 半导体储存器和可编程逻辑器件第第8 8章章 半导体存储器和半导体存储器和 可编程逻辑器件可编程逻辑器件知识目知识目标标 了解了解ROMROM的特点、基本结构、分类及的特点、基本结构、分类及几种几种ROMROM的区别；的区别； 了解了解RAMRAM的特点、基本结构、分类及的特点、基本结构、分类及两类两类RAMRAM的区别和应用场合；的区别和应用场合； 掌握存储器容量扩展方法掌握存储器容量扩展方法; ; 了解各类了解各类PLDPLD的基本结构、型号、芯的基本结构、型号、芯片引脚、使用的一般流程。片引脚、使用的一般流程。技能目技能目标标 知道各类存储器的特点及应用场合；知道各类存储器的特点及

2、应用场合； 认识各类芯片的型号，知道各引脚的功认识各类芯片的型号，知道各引脚的功能并能进行正确连接；能并能进行正确连接； 会进行存储器容量扩展的连接；会进行存储器容量扩展的连接； 会用存储器组成对应的应用电路。会用存储器组成对应的应用电路。 任务分析任务分析 任务任务 旋转彩灯电路旋转彩灯电路 用用4 4位二进制计数器位二进制计数器74LS16174LS161和和EPROM2764EPROM2764构成旋转彩灯电路构成旋转彩灯电路 任务实现任务实现 半导体存储器是一种通用型大规模集成器件半导体存储器是一种通用型大规模集成器件 只读存储器只读存储器ROMROM随机存储器随机存储器RAMRAM按按

3、存取存取功能分功能分概述概述8.1 只读存储器（只读存储器（ROM)半导体存储器的半导体存储器的分类分类半导体存储器半导体存储器RAMRAM（随机）（随机）双极型双极型RAMRAMMOSMOS型型RAMRAMROMROM（只读）（只读）掩膜掩膜ROM (ROM (固定固定）PROMPROM（可编程）（可编程）EPROMEPROM（可编程可擦除）（可编程可擦除）E E2 2PROMPROM（可编程可电擦除）（可编程可电擦除）静态静态动态动态（）（）ROMROM的分类的分类掩膜掩膜ROM：不能改写不能改写。PROM：只能改写一次。只能改写一次。EPROM：可以改写多次。可以改写多次。存储器的特点存

4、储器的特点RAM：在工作时既能从中在工作时既能从中读出（读出（取出）信息，又能取出）信息，又能随时随时写入写入（存入）信息，但（存入）信息，但断电后断电后所存所存信息消失信息消失。ROM：在工作时在工作时只能只能从中从中读出读出信息，不能写入信息，信息，不能写入信息，且且断电后断电后其所存其所存信息信息在仍能在仍能保持保持。存储容量存储容量：存储单元的总数：存储单元的总数字数字数位数位数 1k1k= =2 21010= =10241024个存储单元个存储单元8.1.1 ROM8.1.1 ROM的电路结构的电路结构矩阵ROMM)(N 0W1W1-NW0D1D1-MD. . .01n-1器冲缓入输

5、入输址地输出缓冲器位线字线器码译址地数据输出固定固定ROMROM的的特点特点：使用者使用者只能读取只能读取数据数据, , 不能改变芯片中数据内容。不能改变芯片中数据内容。 W0=1000W1 =0110W2 =1001W3 =01118.1.2 8.1.2 固定固定 A1 A1 A0 A0 或门阵列或门阵列( (存储矩阵存储矩阵) ) 与门阵列与门阵列( (地址译码器地址译码器) ) Y3 Y2 Y1 Y0 m0 m1 m2 m3 ROMROM的简化画法的简化画法地址译码器产地址译码器产生了输入变量生了输入变量的的全部最小项全部最小项存储体实现存储体实现了有关最小了有关最小项的项的或运算或运算

6、与与阵阵列列固固定定或或阵阵列列可可编编程程8.1.3 8.1.3 可编程只读存储器（可编程只读存储器（ROMROM）ECWj（a）熔丝型两种两种PROMPROM存储单元存储单元 （b）结破坏型位线字线PROMPROM存储单元的结构存储单元的结构写入写入0 0，烧断溶丝烧断溶丝写入写入1 1，击，击穿二极管穿二极管8.1.4 8.1.4 可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只读存储器 （EPROMEPROM、E E2 2PROMPROM） EPROM：可擦除可编程可擦除可编程ROMROM E2PROM: : 电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROMDGS浮动栅PN基层SiO2P)(多晶硅 紫外线

7、可擦除紫外线可擦除EPROMEPROM（1 1）特点特点：采用紫外线照射擦除数据；采用电的方法写入数据采用紫外线照射擦除数据；采用电的方法写入数据（2 2）芯片芯片介绍介绍接地接地地址线地址线数据线数据线接电源接电源编程电源编程电源片选片选信号信号片选信号片选信号/ /编程脉编程脉冲输入冲输入 电可擦除电可擦除E E2 2PROM PROM （1 1）特点特点：写入和擦除数据均采用电信号；可以整片擦除、：写入和擦除数据均采用电信号；可以整片擦除、写入，也可以字节为单位擦除、写入。写入，也可以字节为单位擦除、写入。（2 2）芯片芯片介绍介绍地址线地址线数据数据线线接地接地接电源接电源写允许信写允

8、许信号号/ /编程编程电源电源读选通读选通片选片选信号信号 RAM RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。的大规模集成电路。RAMRAM中的中的每个寄存器每个寄存器称为称为一个一个字字，寄存器中的每，寄存器中的每一位一位称为称为一个存储单元一个存储单元。寄存。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位数）的乘积，叫做数）的乘积，叫做RAMRAM的容量。按照的容量。按照RAMRAM中寄存器中寄存器位数的不同，位数的不同，RAMRAM有多字有多字1 1位和多字多位两种结构位和多字多位两种结构形式

9、。在形式。在多字多字1 1位位结构中，每个寄存器都只有结构中，每个寄存器都只有1 1位，位，例如一个容量为例如一个容量为102410241 1位位的的RAMRAM，就是一个有，就是一个有10241024个个1 1位寄存器的位寄存器的RAMRAM。多字多位多字多位结构中，每个结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为寄存器都有多位，例如一个容量为2562564 4位的位的RAMRAM，就是一个有就是一个有256256个个4 4位寄存器的位寄存器的RAMRAM。8.2 8.2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM） RAMRAM的的特点特点：可随时写入和读出数据：可随时写入和读出数据RAM

10、RAM的的优点优点：读写方便，使用灵活：读写方便，使用灵活RAMRAM的的缺点缺点：断电后所存信息将丢失：断电后所存信息将丢失RAMRAM的的应用领域应用领域举例：在计算机中主要用来存放用举例：在计算机中主要用来存放用户程序、计算的中间结果以及与外存交换信息户程序、计算的中间结果以及与外存交换信息RAMRAM分类分类静态随机存储器静态随机存储器S SRAMRAM动态随机存储器动态随机存储器D DRAMRAM 存存储储矩矩阵阵 地地址址译译码码器器 读读/ /写写控控制制电电路路 地地址址码码输输入入 片片选选 读读/ /写写控控制制 输输入入/ /输输出出 8.2.1 RAM8.2.1 RAM

11、的电路结构的电路结构 1 1 静态静态RAMRAM（SRAMSRAM） XYUDDUGGVU1VU2VU3VU4VU5VU6VU7VU8数据线数据线DD六管六管NMOSNMOS静态存储单元静态存储单元SRAMSRAM的的特点：特点：只要不只要不断电，断电，信息将信息将长期保长期保存，所存，所需的读需的读/ /写控制写控制电路简电路简单，存单，存取取速度速度快快 8.2.2 RAM8.2.2 RAM的存储单元的存储单元 2 2 动态动态RAMRAM（DRAMDRAM）位线字线VUCSC0单管动态单管动态MOSMOS型型RAMRAMD D常用于常用于的存储器的存储器栅极电容所存储的信息受泄漏放电的

12、影响，不能长久保栅极电容所存储的信息受泄漏放电的影响，不能长久保存，为避免存储的信息消失，必须采取措施，定时地给栅极存，为避免存储的信息消失，必须采取措施，定时地给栅极电容补充漏掉的电荷电容补充漏掉的电荷 。这种操作叫。这种操作叫“刷新刷新”8.2.3 RAM8.2.3 RAM存储容量的扩展存储容量的扩展1k1位I/OI/O11k1位I/OI/O21k1位I/OI/O31k1位I/OI/O4R/WCSA0A9R/WA0A9CSR/WA0A9CSR/WA0A9CSR/WCSA0A91 1 位扩展位扩展1Kx11Kx1位位扩展成扩展成1Kx41Kx4位位 A0 A1 A9 R/W A10 A11

13、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 A9 R/W CS Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6 Y7 3 3 线线- -8 8 线译码器线译码器 A0 A1 A2 1Kx41Kx4位位扩展成扩展成8Kx48Kx4位位2 2 字扩展字扩展 3 3 字位扩展字位扩展1Kx41Kx4位位扩展成扩展成2Kx82Kx8位位PLDPLD分类分类与与阵列

14、阵列或或阵列阵列编程次数编程次数输出类型输出类型使用情况使用情况PROME2PROMPLAPALGAL固定固定固定固定可编程可编程可编程可编程可编程可编程可编程可编程可编程可编程可编程可编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态，集电极开路三态，集电极开路三态，集电极开路三态，集电极开路三态，集电极开路三态，集电极开路异步异步I/OI/O，异或、寄，异或、寄存器、算术选通反馈存器、算术选通反馈由用户定义由用户定义多用做只读存储器多用做只读存储器多用做只读存储器多用做只读存储器缺少编程工具，使缺少编程工具，使用不广用不广部分使用部分使用使用方便、广泛使用方便、广泛各种各种P

15、LDPLD情况一览表情况一览表8.3 8.3 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD)PLD) 基本结构基本结构输输入入电电路路与与阵阵列列或或阵阵列列输输出出电电路路互补输入互补输入与项与项或项或项输输出出变变量量输输入入变变量量PLDPLD的基本结构框图的基本结构框图与门与门或门或门输入输入缓冲器缓冲器非门非门三态输出三态输出缓冲器缓冲器 表示方法表示方法8.3.28.3.2可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑(PAL)(PAL)1. 1. 结构类型结构类型2. PAL2. PAL器件型号含义器件型号含义8.3.3 8.3.3 可编程通用阵列逻辑器件可编程通用阵列逻辑器件(GAL)(GAL)1.

16、GAL1. GAL的电路结构的电路结构 引脚图引脚图时钟输入时钟输入输入端输入端接地端接地端接电源接电源输出输出宏单宏单元元输出使输出使能端能端2. 2. 输出逻辑宏单元输出逻辑宏单元(OLMC)(OLMC)I/O(n)1110010001FDXOR(n)CLOCKVcc反馈1G2G3G4G5GTSMUXOMUX01OEMUX接与矩阵*接邻级输出10*11*0*10*0AC0AC1(n)AC1(m)*AC1(n)AC0PTMUXQQ3. GAL3. GAL的结构控制字的结构控制字SYNAC0AC1(n)XOR(n)输出方式输出极性备注101 *专用输入方式输出三态门不通1和11脚为数据输入，三

17、态门禁止1000专用组合输出低电平有效1和11脚为数据输入，三态门被选通。1高电平有效1110反馈组合输出（带选通）低电平有效1和11脚为数据输入，三态门选通信号是第一乘积项，反馈信号取自I/O端。1高电平有效0110组合和寄存混合输出低电平有效1脚接CLK，11脚接 ，至少另有一个OLMC为寄存器输出模式。1高电平有效0100寄存输出低电平有效1脚接CLK，11脚接 1高电平有效OLMCOLMC输出工作方式和有关控制位的关系输出工作方式和有关控制位的关系 OEOE32位乘积项禁止4位XOR(n)1位SYN8位PT 0PT 63 PT 31 PT 32AC1(n)AC032位乘积项禁止4位XO

18、R(n)1位n=1215n=1219n=161982 位PT63PT32 PT31PT003132335960616263移位寄存器与门阵列电子标签备用地址空间结构控制字加密单元备用整体擦除与门阵列电子标签行地址OUTSCLKSDINS GAL GAL器件型号含义器件型号含义 用用GALGAL器件设计电子系统的流程器件设计电子系统的流程根据设计要求写出逻辑函数表达式，并选择合适根据设计要求写出逻辑函数表达式，并选择合适的的GALGAL器件器件 按按GALGAL编程器使用的汇编语言编写汇编源程序。编程器使用的汇编语言编写汇编源程序。编译或汇编。先将源程序输入计算机中，再对源程编译或汇编。先将源程

19、序输入计算机中，再对源程序进行编译或汇编，用以产生目标文件、熔断图文件、序进行编译或汇编，用以产生目标文件、熔断图文件、列表文件列表文件 硬件编程。将编程器与硬件编程。将编程器与PCPC机相连，在机相连，在PCPC机上执行机上执行编程软件中的程序，对编程软件中的程序，对GALGAL器件进行编程器件进行编程 (3) (3) 电路结构电路结构输入缓输入缓冲器冲器可编程可编程与阵列与阵列输出输出宏单宏单元元输出缓输出缓冲器冲器反馈反馈/ /输入缓输入缓冲器冲器1 1 半导体存储器主要分为半导体存储器主要分为ROMROM和和RAMRAM两大类。两大类。 ROMROM存储固定信息，只能读出。不能写入。存储固定信息，只能读出。不能写入。常用的有常用的有MRONMRON、PROMPROM、EPROMEPROM、E E2 2PROMPROM等。等。 RAMRAM有静态和动态两大类，有静态和动态两大类，SRAMSRAM的信息可长的信息可长久保持，久保持，DRAMDRAM的信息需定时刷新。的信息需定时刷新。 PLDPLD是由编程来确定逻辑功能的一种新型器是由编程来确定逻辑功能的一种新型器件，有件，有PROMPROM、PALPAL、PLAPLA和和GALGAL等，其中等，其中GALGAL被广泛的被广泛的应用于各种数字系统中。应用于各种数字系统中。 阶段小结阶段小结