《数字电子技术基础 教学课件 ppt 作者 沈任元 第7章_半导体存储器与可编程逻辑器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术基础 教学课件 ppt 作者 沈任元 第7章_半导体存储器与可编程逻辑器件（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 半导体存储器与可编程逻辑器件,数字电子技术基础,本章内容,7.1 半导体存储器概述,7.1.1 半导体存储器的分类 按信息的存取功能不同，可分为：随机存取存储器（RAM） 只读存储器(ROM)。 按制造工艺的不同，可分为: TTL型存储器 MOS型存储器,7.1 半导体存储器概述,7.1.2 半导体存储器的技术指标 1.存储容量 存储器由大量的存储单元组成，每个存储单元中存放一位二进制代码“0”或“1”，称为位（bit），若干个位构成一个字（word）。存储容量是指存储器内部所含有的存储单元的数量，即表示存储器存放二进制数据的总量。 存储器的容量：存储器的容量=位数 字数 2.存取时间
2、和存取周期 存取时间（access time）是指微处理器发出有效存储器地址，启动一次存储器操作（读/写），到完成该操作所需要的时间。 存取周期（memory cycle）是指存储器连续启动两次操作（读/写）所需要的最短时间间隔。,7.2 只读存储器和随机存储器,7.2.1只读存储器 按所用器件类型可分为二极管ROM、TTL型ROM和MOS型ROM三种； 按存储内容的写入方式又可分为掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、和紫外线可擦可编程ROM（UVEPROM）、电擦除可编程ROM（EEPROM）和快闪存储器（flash read only memory）。,7.2 只读存储器和随
3、机存储器,1. 掩膜ROM 掩膜ROM中存放的信息是由生产厂家采用掩膜工艺专门为用户制作的，这种ROM出厂时其内部存储的信息就已经“固化”在里边了，所以也称固定ROM。它在使用时只能读出，不能写入，因此通常只用来存放固定数据、固定程序和函数表等。,7.2 只读存储器和随机存储器,7.2 只读存储器和随机存储器,7.2 只读存储器和随机存储器,2. 可编程ROM PROM在出厂时，存储的内容为全 0(或全 1)，用户根据需要，可将某些单元改写为 1(或 0)。 这种ROM采用熔丝或PN结击穿的方法编程，由于熔丝烧断或PN结击穿后不能再恢复， 因此PROM只能改写一次。,7.2 只读存储器和随机存
4、储器,3. 可擦可编程ROM 这类ROM利用特殊结构的浮置栅MOS管进行编程，ROM中存储的数据可以进行多次擦除和改写。 （写入：漏源极之间加较大负电压，发生击穿,有电子注入浮置栅,形成导电沟道） （擦除：紫外线照射，恢复截止）,图7-3 EPROM存储矩阵,7.2 只读存储器和随机存储器,7.2.2 随机存取存储器,根据制造工艺的不同，可以分为：TTL型存储器 MOS型存储器 根据工作原理的不同，可以分为：静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM）,7.2 只读存储器和随机存储器,1RAM 的基本结构 RAM的电路由存储器矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分组成，其结构如图所示。,7.
5、2 只读存储器和随机存储器,2静态随机存储器 静态随机存储器的存储单元是在触发器基础上加上一些门控管所组成。静态随机存储器又分为MOS型和双极型两种。如图所示为6个NMOS管构成的静态RAM的存储单元电路。,7.2 只读存储器和随机存储器,3动态随机存储器 动态RAM的存储矩阵由动态MOS存储单元组成。动态MOS存储单元利用MOS管的栅极电容来存储信息，但由于栅极电容的容量很小，而漏电流又不可能绝对等于0，所以电荷保存的时间有限。为了避免存储信息的丢失，必须定时地给电容补充漏掉的电荷。通常把这种操作称为“刷新”或“再生”，因此DRAM内部要有刷新控制电路，其操作也比静态RAM复杂。,7.2 只
6、读存储器和随机存储器,7.2 只读存储器和随机存储器,7.2.3 存储器的扩展 1位扩展 存储器芯片的字长多数为一位、四位、八位等。当实际的存储系统的字长超过存储器芯片的字长时，需要进行位扩展。 位扩展可以利用芯片的并联方式实现，位扩展的方法是将各片存储器的地址线、读写控制线、片选线分别并接在一起，而各片的数据线作为扩展后的整个存储器的数据线。如图所示为用二片8K8位的RAM扩展为8K16位的RAM的连接图。,7.2 只读存储器和随机存储器,7.2 只读存储器和随机存储器,2字扩展 字数的扩展可以利用外加译码器控制芯片的片选(CS)输入端来实现。字扩展的方法是将各片存储器的地址线、读写控制线、
7、地址线线分别并接在一起，用高位地址经过地址译码后产生的不同状态分别控制各芯片的片选控制线。如图所示为用二片8K8位的RAM扩展为16K8位的RAM的连接图。,7.3 可编程逻辑器件,7.3.1 PLD的概述,减少系统的硬件规模。 (2) 增强逻辑设计的灵活性。 (3) 缩短系统设计周期。 (4) 简化系统设计，提高系统速度。 (5) 降低系统成本。,可编程逻辑器件的特点,7.3 可编程逻辑器件,1. PLD的发展 20世纪70年代 :可编程只读存储器（PROM） 可编程逻辑阵列（PLA） 20世纪70年代末:可编程阵列逻辑（PAL） 20世纪80年代初：通用阵列逻辑（GAL） 20世纪80年代
8、中期 ：现场可编程（FPGA ） 20世纪80年代末 ：系统可编程器件（ CPLD） 20世纪90年代后期至21世纪初 ：可编程片上系统（SOPC）,PSoC： (Programmable System-On-Chip，片上可编程系统),7.3 可编程逻辑器件,2. PLD的分类,7.3 可编程逻辑器件,3PLD的一般结构,4PLD的电路符号表示,1）逻辑矩阵交叉点的逻辑表示,7.3 可编程逻辑器件,2）逻辑矩阵的PLD表示,如图所示的电路的输出为,7.3 可编程逻辑器件,7.3.2 可编程逻辑阵列 图表示的是一个16488的FPLA，它有16个输入，48个与项，8个输出，该FPLA基于双极型
9、工艺，以熔断丝作为编程元件，从图中可以看出，除了与阵列和或阵列中有供编程用的熔断丝外，在各异或门的输入端也有熔断丝，该熔断丝若熔断（该输入端悬空相当于逻辑1），则输出低电平有效（或称反码输出）；若不熔断（该输入端接地为逻辑0），则输出高电平有效（或称原码输出）。,7.3 可编程逻辑器件,如图7-16a为一个具有3个输入变量、可提供6个与项、产生3个输出函数的PLA逻辑结构图。其相应阵列图如图7-16b。 a) 一个具有3个输入变量、可提供6个与项、产生3个输出函数的PLA逻辑结构图 b) 阵列图,7.3 可编程逻辑器件,7.3.3 通用阵列逻辑 GAL是Lattice公司于1985年首先推出的
10、新型可编程逻辑器件。它采用了电擦除、电可编程的E2CMOS工艺制作，可以用电信号擦除并反复编程上百次。GAL器件的输出端设置了可编程的输出逻辑宏单元(OLMC-Output Logic Macro Cell)，通过编程可以将OLMC设置成不同的输出方式。这样同一型号的GAL器件可以实现PAL器件所有的各种输出电路工作模式，即取代了大部分PAL器件， 因此称为通用可编程逻辑器件。 GAL器件分两大类：一类为普通型GAL，其与或阵列结构与PAL相似，如GAL16V8、ispGAL16Z8、GAL20V8都属于这一类；另一类为新型GAL，其与或阵列均可编程， 与FPLA结构相似，主要有GAL39V8
11、。,7.3 可编程逻辑器件,1. GAL的基本结构 （1）GAL16V8的基本结构 8 个输入缓冲器和 8 个输出反馈/输入缓冲器。 8 个输出逻辑宏单元OLMC， 8 个三态缓冲器， 每个OLMC对应 1 个I/O引脚。 由 88 个与门构成的与阵列， 共形成 64 个乘积项， 每个与门有 32 个输入项，由8 个输入的原变量、反变量(16)和 8 个反馈信号的原变量、反变量(16)组成，故可编程与阵列共有 3288=2048 个可编程单元。 系统时钟CK和三态输出选通信号OE的输入缓冲器。,7.3 可编程逻辑器件,7.3 可编程逻辑器件,（2）输出逻辑宏单元OLMC,7.3 可编程逻辑器件,7.3.4 复杂可编程逻辑器件 如图所示为CPLD的结构示意图。它一般由若干个逻辑阵列块（LAB）、可编程互连阵列（PIA）和可编程的输入/输出模块（input/output block，IOB）组成。,7.3 可编程逻辑器件,7.3.5 现场可编程逻辑阵列,7.4 应用电路介绍,应用： 将EPROM2764（8k8）作为十六进制七段数码管译码驱动器,思考题与习题,
