{PLD可编程逻辑器件}第6章存储器和可编程逻辑器件

《{PLD可编程逻辑器件}第6章存储器和可编程逻辑器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{PLD可编程逻辑器件}第6章存储器和可编程逻辑器件（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第6章 存储器和可编程逻辑器件 6.1 存储器 6.2 随机存取的存储器 6.3 可编程逻辑器件 本章小结 习题,返回主目录,6.1 存储器 6.1.1 概述 6.1.2 只读存储器（ROM） 6.1.3 可编程只读存储器 6.1.4 ROM容量的扩展,6.1存储器, 6.1.1 概述 存储器是数字系统中用于存储大量二进制信息的部件， 可以 存放各种程序、 数据和资料。 半导体存储器按照内部信息的存取 方式不同分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两 大类。每个存储器的存储容量为字线位线。,6.1.2只读存储器（ROM） 只读存储器（ROM）有掩膜ROM、可编程ROM、 可改写 R

2、OM。 掩膜只读存储器（ROM）是在制造时把信息存放在此存储 器中， 使用时不再重新写入，需要时读出即可；它只能读取所存 储信息，而不能改变已存内容，并且在断电后不丢失其中存储内 容， 故又称固定只读存储器。ROM主要由地址译码器、存储矩阵 和输出缓冲器三部分组成， 如图6.1所示。 ,图6.1 ROM框图,每个存储单元中固定存放着由若干位组成的二进制数码 称为“字”。为了读取不同存储单元中所存的字，将各单元编 上代码称为地址。在输入不同地址时，就能在存储器输出 端读出相应的字, 即“地址”的输入代码与“字”的输出数码有固定 的对应关系。 如图6.1所示， 它有2n个存储单元，每个单元存放 一

3、个字，一共可以存放2n个字；每字有m位， 即容量为2nm （字线位线）。,存储体可以由二极管、三极管和MOS管来实现。 二 极管矩阵ROM如图6.4所示， W0、W1、W2、W3是字线， D0、 D1、D2、D3是位线，ROM的容量即为字线位线， 所以图6.4所示ROM的容量为44=16，即存储体有16个存 储单元。 ,图 6.4 二极管ROM结构图,1. 如何读字 当地址码A1A0=00时，译码输出使字线W0为高电平，与其 相连的二极管都导通，把高电平“1”送到位线上，于是D3、D0端 得到高电平“1”，W0和D1、D2之间没有接二极管，故D1、D2端 是低电平“0”。这样，在D3D2D1D

4、0端读到一个字1001，它就是该 矩阵第一行的字输出。在同一时刻，由于字线W1、 W2、 W3都 是低电平，与它们相连的二极管都不导通， 所以不影响读字 结果。 ,当地址码A1A0=01时，字线W1为高电平，在位线输出 端D3D2D1D0读到字0111， 任何时候，地址译码器的输出决 定了只有一条字线是高电平，所以在ROM的输出端只会读 到惟一对应的一个字。 在对应的存储单元内存入1还是0， 是由接入或不接入相应的二极管来决定的。,2. 如何实现组合逻辑电路 如图6.3所示， ROM中的地址译码器形成了输入变量 的最小项, 即实现了逻辑变量的“与”运算；ROM中的存储 矩阵实现了最小项的或运算

5、，即形成了各个逻辑函数； 与阵列中的垂直线Wi代表与逻辑，交叉圆点代表与逻辑 的输入变量；或阵列中的水平线D代表或逻辑，交叉圆点 代表字线输入。,例 1 用ROM实现一位二进制全加器。 解 全加器的真值表如表6.1所示， A、B为两个加数,Ci-1为 低位进位，S为本位的和，Ci为本位的进位。由表6.1可写出最 小项表达式为： ,根据上式，可画出全加器的ROM阵列图如图6.5所示， Ci-1为低位进位，Ci为本位进位。,表6.1 全加器真值表,图 6.5 全加器阵列图,例 2 用ROM实现下列逻辑函数。,解 由表达式画出ROM的阵列图如图6.6所示。,图6.6 例2的ROM阵列图,6.1.3

6、可编程只读存储器 而可编程ROM常称PROM在出厂时，存储体的内容为全0或 全1，用户可根据需要将某些内容改写，也就是编程。常用的双 极型工艺ROM，采用烧毁熔断丝的方法使三极管由导通变为截 止，三极管不起作用，存储器变为“0”信息；而未被熔断熔丝的 地方，即表示为“1”信息。PROM只实现一次编写的目的，写好 后就不可更改。 ,如果想对一个ROM芯片反复编程，多次使用，需用 可擦除编程ROM即EPROM。常用的MOS工艺制造的 EPROM用注入电荷的办法编程， 此过程可逆，当用紫外 光照射以后，旧内容被擦除。 擦除后的芯片内容可能是 全1, 也可能是全0，视制造工艺而不同，之后可再次编程。

7、,6.1.4 ROM容量的扩展 1. ROM的信号引线 如图6.7所示，除了地址线和数据线（字输出线）外，ROM 还有地线（GND）、电源线（VCC）以及用来控制ROM工作的 控制线为芯片使能控制线（ ），使能输出控制线称片选线。 当 =1时，芯片处于等待状态，ROM不工作，输出呈高阻 态；当 =0时，ROM工作。 ,图6.7 ROM的信号引线,2. ROM容量的扩展 一个存储器的容量就是字线与位线（即字长或位数）的 乘积。 当所采用的ROM容量不满足需要时，可将容量进行扩 展。 扩展又分为字扩展和位扩展。 位扩展（即字长扩展）：位扩展比较简单，只需要用同 一地址信号控制n个相同字数的ROM，

8、即可达到扩展的目的。 由2561 ROM扩展为2568 ROM的存储器，如图6.8所示， 即将八块2561ROM的所有地址线、 （片选线）分别对应 并接在一起，而每一片的位输出作为整个ROM输出的一位。,图6.8ROM位扩展,2568 ROM需 2561ROM的芯片数为 ,字扩展：如图6.9所示是由四片10248 ROM扩展为40968 ROM。图中, 每片ROM有10根地址输入线，其寻址范围为 210=1024个信息单元，每一单元为八位二进制数。这些ROM均有 片选端。 当其为低电平时，该片被选中才工作；为高电平时，对应 ROM不工作, 各片ROM的片选端由2线/4线译码器控制；译码器的 输

9、入是系统的高位地址A11、A10，其输出是各片ROM的片选信号， 若A11A10=10，则ROM(3)片的 有效为“0”，各片ROM的片选信 号无效为“1”，故选中第三片，只有该片的信息可以读出，送到位 线上，读出的内容则由低位地址A9A0决定，四片ROM轮流工作， 完成字扩展。字扩展的方法将地址线、输出线对应连接，片选线 分别与译码器的输出连接。 ,图6.9ROM字扩展,【思考题】 1. 存储器有哪几种？ 它们的存储容量如何计算？ 2. 2568的存储器有多少根地址线、 字线、 位线？ 3. 存储器进行位扩展、 字扩展时如何连接？,6.2 随机存取的存储器(RAM), 随机存取的存储器RAM

10、可以在任意时刻、任意选中的存储单 元进行信息的存入（写）或取出（读）的信息操作。当电源断电 时， 这种存储器存储的信息便消失。 随机存取存储器一般由存储 矩阵、 地址译码器、 片选控制和读/写控制电路等组成。 其容量也 为字线位线，同样可以利用I/O（输入/输出）线、 R/W（读/写） 线及 (片选)线来实现容量的扩展，如图6.10所示为2568 RAM扩展成10248 RAM， 其连接方法与ROM的相同，只是多 了读/写控制端（R/W）。 ,图 6.10 2568 RAM扩展成10248存储器,【思考题】 1. 随机存取的存储器与只读存储器有什么不同？ 2. 扩展为10248存储器需要多少块

11、2564的存储器？,6.3 可编程逻辑器件 6.3.1 可编程逻辑阵列(PLA) 6.3.2 可编程阵列逻辑(PAL) 6.3.3 通用阵列逻辑(GAL),6.3 可编程逻辑器件,可编程逻辑器件是一种由用户自己定义的逻辑器件。可编 程器件按集成度分有低密度PLD(LDPLD)和高密度PLD(HDPLD) 两类。LDPLD主要产品有 PROM、现场可编程逻辑阵列(FPLA, Field Programmable Logic Array)、可编程阵列逻辑 (PAL,Programmable Array)、 可编程逻辑阵列PLA和通用阵列 （GAL, Generic Array Logic）等几种。

12、,可编程逻辑器件采用的可编程元件有四类： 一次性编程的熔丝或反熔丝元件。 紫外线擦除、 电可编程序的EPROM(UVEPROM)即 VUCMOS工艺结构。 电擦除、电可编程存储单元，一类是E2CMOS工艺结 构；另一类是快闪（Flash）存储单元。 静态存储器(SRAM)的编程元件。这些元件中，电擦除、 电可编程的E2PROM和快闪（Flash）存储单元 的PLD以及DRAM的PLD目前使用最广泛。 ,6.3.1 可编程逻辑阵列(PLA) 1. 实现组合逻辑电路 可编程逻辑器件都包含一个与阵列和一个或阵列，二者都 是可编程的，故可以实现非标准式的各种电路。用PLA实现组 合逻辑电路时，首先将逻

13、辑函数进行化简，再将化简后的逻辑 函数表达式中各乘积项填入逻辑阵列图中。 例 3 用PLA 实现一位二进制全加器。 解 由全加器真值表， 用卡诺图化简得最简逻辑表达式为：,式中：A、B为两个加数，C为低位进位，S为本位和，Ci为本位向高位的进位。 在S及Ci表达式中共有七个乘积项，它们是： ,图6.11 用PLA实现一位二进制全加器,用这些乘积项组成S和Ci表达式如下： S =P0+P1+P2+P3 Ci =P4+P5+P6 根据上式，可画出由PLA实现全加器的阵列结构图 如图6.11所示。 ,例4 用PLA实现具有七段显示输出的十进制计数器，即 从（0）10 （9）10。 解 十进制计数的状

14、态转换表（8421 BCD码）如表6.2所 示。由表可得四个JK触发器的卡诺图如图6.12所示，其化简 结果为： ,表6.2 8421 BCD 十进制计数器状态转换,续表（2）,图6.12 十进制计数器的卡诺图,表6.3 十进制七段译码表,十进制七段显示译码器的功能表如表6.3所示。 ,由表6.3可得七段（ag）表达式为： a=m(0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9) b=m(0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9) c=m(0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) d=m(0, 2, 3, 5, 6, 8, 9) e=m(0, 2, 6, 8) f =m(0, 4

15、, 5, 6, 8, 9) g=m(2, 3, 4, 5, 6, 8, 9) 根据上式可得PLA阵列图如图6.13所示。,图6.13 用PLA实现七段显示十进制计数器,【思考题】 1. 可编程逻辑器件有几种? 2. PLA的与或阵列与ROM的与或阵列有什么区别? 3. 用PLA如何实现逻辑函数及组合电路。,6.3.2 可编程阵列逻辑(PAL) PAL也是在PROM基础上发展起来的一种可编程逻辑器 件， 是 PAL采用了熔丝编程方式、 双极型工艺制造， 因而 器件的工作速度很高（可达十几ns）。 PAL器件由可编程的 与阵列、固定的或阵列和输出电路三部分组成。 由于它们 是与阵列可编程，而且输出

16、结构种类很多， 因而给逻辑设 计带来很大的灵活性。 1. PAL的输出结构 PAL基本与门阵列是可编程的，而或门阵列是固定连接 的。如图6.14所示,图6.14 PAL基本结构,2. PAL的几种输出结构 PAL具有多种输出结构。组合逻辑常采用“专用输出的基本门 阵列结构”，其输出结构如图6.15所示。图中, 若输出部分采用或 非门输出时，为低电平有效器件；若采用或门输出时，为高电平 有效器件。有的器件还用互补输出的或门， 故称为互补型输出， 这种输出结构只适用于实现组合逻辑函数。目前常用的产品有 PAL10H8（10输入，8输出，高电平有效）、AL10L8(10输入，8 输出，低电平有效)、PAL16C1（16输入，1输出，互补型)等。 ,图6.15 专用输出门阵列结构,PAL实现时序逻辑电路功能时，其输出结构如图6.16所示，输 出部分