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1、应用型高等教育规划教材数字电子技术基础数字电子技术基础第 1 章：数字逻辑基础第 2 章：逻辑门电路第 3 章：组合逻辑电路第 4 章：触发器第 5 章：时序逻辑电路第 6 章：脉冲波形的产生与整形第 7 章：半导体存储器与可编程逻辑器件第 8 章：数模和模数转换第 9 章：数字电子电路综合设计第七章 半导体存储器和可编程逻辑器件3n7.1 概述n7.2 随机存储器RAMn7.3 只读存储器ROMn7.4 可编程逻辑器件PLDn7.5 高密度可编程逻辑器件能能能能存储大量二值信息的器件存储大量二值信息的器件存储大量二值信息的器件存储大量二值信息的器件一般一般一般一般结构形式结构形式结构形式结构
2、形式输输入入/出出电电路路I/OI/O输入输入/出出控制控制单元数庞大单元数庞大单元数庞大单元数庞大输入输入输入输入/输出引脚数目有限输出引脚数目有限输出引脚数目有限输出引脚数目有限7.1 7.1 概述概述概述概述分类分类分类分类1 1、从存、从存、从存、从存/取功能分：取功能分：取功能分：取功能分：只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器(Read-Only-MemoryRead-Only-Memory）随机读随机读随机读随机读/写写写写（Random-Access-MemoryRandom-Access-Memory）2 2、从工艺分：、从工艺分：、从工艺分：、从工艺分：双极型双极型双极型
3、双极型MOSMOS型型型型7.2 随机存储器RAM SRAM SRAM（静态随机存储器）（静态随机存储器）（静态随机存储器）（静态随机存储器）结构结构结构结构与工作原理与工作原理与工作原理与工作原理举例：一个位RAMSRAM SRAM 的静态存储单元（基于的静态存储单元（基于的静态存储单元（基于的静态存储单元（基于SRSR锁存器）锁存器）锁存器）锁存器）六六管管CMOS管管组组成成静静态态存储单元。存储单元。T1 T4为为SR锁锁存存器器，T5、T6为门控管；为门控管；Xi=1时，所在行被选中，时，所在行被选中，T、T导通，锁存器的导通，锁存器的Q和和Q端与位线端与位线Dj、Dj接通接通；Yj
4、时，时，所在列被选中，所在列被选中，Tj、Tj导通，该列存储单导通，该列存储单元和读写控制电路接通。元和读写控制电路接通。DRAM DRAM（动态随机存储器）（动态随机存储器）（动态随机存储器）（动态随机存储器）动态存储单元是利用动态存储单元是利用MOS管栅极电容管栅极电容可以存可以存储电荷的原理储电荷的原理 存储单元以存储单元以T及其栅极电及其栅极电容容C 为基础构成，数据存于栅为基础构成，数据存于栅极电容极电容C 中。若电容中。若电容C 充有足充有足够的电荷，使够的电荷，使T导通，这一导通，这一状态为逻辑状态为逻辑，否则为逻辑，否则为逻辑。数据经。数据经T5由由Do输出。输出。进行写操作时
5、，进行写操作时，RW为为低电平，由于低电平，由于Yj为高电平，为高电平，T导通，输入数据导通，输入数据Di经经T并由并由写入刷新控制电路反相，再经写入刷新控制电路反相，再经T写入到电容器写入到电容器C 中。这样，中。这样，当输入数据为当输入数据为 时，时，电容充电；而输入数据为电容充电；而输入数据为 时，电容放电。时，电容放电。RAM RAM存储器容量的扩展存储器容量的扩展位扩展方式位扩展方式适用于每片适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够字数够用而位数不够时时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可联即可字扩展方式适用于每片适用于每片RAM,RO
6、M位数够用而字数不够位数够用而字数不够时时掩模掩模掩模掩模ROMROM结构结构结构结构7.3 只读存储器只读存储器ROM 工作原理工作原理工作原理工作原理概念概念概念概念：存储矩阵的每个交叉点是一个存储矩阵的每个交叉点是一个存储矩阵的每个交叉点是一个存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元存储单元存储单元存储单元”，存，存，存，存储单元中有器件存入储单元中有器件存入储单元中有器件存入储单元中有器件存入“1”1”，无器件存入，无器件存入，无器件存入，无器件存入“0”0”字线和位线字线和位线字线和位线字线和位线存储器存储器存储器存储器的容量：的容量：的容量：的容量：“字数字数字数字数 x x 位数位数
7、位数位数”掩模掩模掩模掩模ROMROM的特点的特点的特点的特点：出厂出厂出厂出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产时已经固定，不能更改，适合大量生产时已经固定，不能更改，适合大量生产时已经固定，不能更改，适合大量生产简单，便宜，非易失性简单，便宜，非易失性简单，便宜，非易失性简单，便宜，非易失性 PROM PROM（可编程（可编程ROMROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同 写入时，要使写入时，要使写入时，要使写入时，要使用编程器。用编程器。用编程器。用编程器。EPROM EPROM（可擦除的可编程（可擦除的可编程ROMROM）总体结构与掩模总体结构
8、与掩模ROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同用用紫外线擦除的紫外线擦除的PROM（UVEPROM）电电可擦除的可编程可擦除的可编程ROM（E2PROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同 存储单元数存储单元数据的擦除和写入据的擦除和写入都是利用隧道效都是利用隧道效应，通过高压脉应，通过高压脉冲向浮置栅充，冲向浮置栅充，放电实现。放电实现。快快闪存储器（闪存储器（Flash Memory）类似SIMOS管 编程和擦除操作不需要使用编程器，写入和擦编程和擦除操作不需要使用编程器，写入和擦除的控制电路集成于存储器芯片中除的控制电路集成于存储器芯片中 用
9、ROM 存储器实现组合逻辑函数基本原理基本原理从从ROMROM的数据表可见：的数据表可见：若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地址变量的逻辑函数址变量的逻辑函数地地 址址数数 据据A A1 1A A0 0D D3 3D D2 2D D1 1D D0 00 00 00 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 10 00 01 10 00 01 11 11 11 11 10 0地址译码A1 A0地址译码电路是与逻辑阵地址译码电路是与逻辑阵列，而且是全译码；列，而且是全译码；存储矩阵是或逻辑阵列。存储矩阵是或逻辑阵列。举例：用位的
10、ROM 设计一个将两个位二进制数相乘的乘法器电路。点点阵阵图图7.4可编程逻辑器件可编程逻辑器件 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（Programmable Logic Programmable Logic DeviceDevice）是从）是从2020世纪世纪7070年代初发展起来的一种年代初发展起来的一种新型逻辑器件，发展过程中，先后出现了新型逻辑器件，发展过程中，先后出现了PROMPROM、PLAPLA、PALPAL、GALGAL、CPLDCPLD、FPGAFPGA等类型。随着微等类型。随着微电子技术、超大规模集成电路技术、计算机辅电子技术、超大规模集成电路技术、计算机辅助设计（助设计（CA
11、DCAD）技术的进步和发展，）技术的进步和发展，PLDPLD器件功器件功能越来越强大，应用越来越广泛。能越来越强大，应用越来越广泛。按照器件内部的集成度分为按照器件内部的集成度分为：简单：简单PLDPLD和复杂和复杂PLDPLD 按照器件内部的结构特点分为按照器件内部的结构特点分为：阵列型：阵列型PLDPLD和和现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA 简单简单PLDPLD（PROMPROM、PLAPLA、PALPAL、GALGAL）与或阵列型与或阵列型PLDPLD CPLD CPLD现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA分类分类 PLD 的基本电路结构和电路表示方法的基本电
12、路结构和电路表示方法PLD PLD 的基本电路结构的基本电路结构的基本电路结构的基本电路结构PLD 的逻辑符号表示方法的逻辑符号表示方法 输入缓冲器表示方法输入缓冲器表示方法输入缓冲器表示方法输入缓冲器表示方法 与门和或门的表示方法与门和或门的表示方法与门和或门的表示方法与门和或门的表示方法（a a）与门）与门（b b）输出恒等于输出恒等于0 0的的与门与门（c c）或门或门（d d）互补输出的缓冲器互补输出的缓冲器（e e）三态输出的缓冲器三态输出的缓冲器（f f）由编程数据控制的数据选择器由编程数据控制的数据选择器F A B AB F A B ABF AB PAL（可编程阵列逻辑可编程阵列
13、逻辑可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑 Programmable Array Programmable Array Programmable Array Programmable Array LogicLogicLogicLogic）2020世纪世纪7070年代末美国的单片存储器公司年代末美国的单片存储器公司MMIMMI率率先推出先推出PALPAL。采用双极型熔丝工艺，只能编程一次；采用双极型熔丝工艺，只能编程一次；由可编程的与门阵列、固定的或门阵列和输出电由可编程的与门阵列、固定的或门阵列和输出电路组成；路组成；具有多种输出结构。具有多种输出结构。PALPALPALPAL的基本电路结构的基本电路结
14、构的基本电路结构的基本电路结构AD未编程未编程未编程未编程：编程后：编程后：编程后：编程后：PALPAL的多种输出结构的多种输出结构 根据根据PALPAL器件输出电路结构和反馈方式的器件输出电路结构和反馈方式的不同，可将它们分成不同，可将它们分成专用输出结构、可编程输专用输出结构、可编程输入入/输出结构、寄存器输出结构、异或输出结输出结构、寄存器输出结构、异或输出结构、运算选通反馈结构构、运算选通反馈结构等。等。（一）专用输出结构（一）专用输出结构具有互补输出的专用输出结构具有互补输出的专用输出结构（二）可编程输入（二）可编程输入/输出（可编程输出（可编程I/OI/O）结构）结构 PAL PA
15、L的可编程输入的可编程输入/输出结构输出结构（三）寄存器输出结构（三）寄存器输出结构通过反馈建立起通过反馈建立起Q Qn n与与Q Qn+1n+1之间的逻辑关系。之间的逻辑关系。（四）带有（四）带有异或门的异或门的输出结构（输出结构（1 1）可编程输入端可编程输入端XOR控制输出极性控制输出极性 XOR=0XOR=0，Y Y与与S S同相；同相；XOR=1XOR=1，Y Y与与S S反相；反相；（四）异或输出结构（四）异或输出结构（2 2）在寄存器输出在寄存器输出结构基础上增加异结构基础上增加异或门实现输出极性或门实现输出极性可控。可控。B=1，D1与与A反相反相100 11 1B=0，D1与
16、与A同相同相010 01 0说明说明D1A BAB（五）运算选通反馈结构（五）运算选通反馈结构 在异或输出结构基础上增加一组反馈逻辑电在异或输出结构基础上增加一组反馈逻辑电路，从而产生（路，从而产生（A+B）、（）、（A+B）、（）、（A+B）、）、（A+B）4个反馈量。个反馈量。GAL（通用阵列逻辑通用阵列逻辑通用阵列逻辑通用阵列逻辑(General Array Logic(General Array Logic(General Array Logic(General Array Logic）1985 1985年，年，LATTICELATTICE公司在公司在PALPAL结构基础上生产出的结构基础上生产出的新一代可编程逻辑器件。新一代可编程逻辑器件。采用采用E E2 2 CMOS CMOS工艺，可电擦除；使用电子标签技工艺，可电擦除；使用电子标签技术对器件的编程资料进行管理。术对器件的编程资料进行管理。由可编程的与门阵列、固定的或门阵列和输出电由可编程的与门阵列、固定的或门阵列和输出电路组成。路组成。每个输出位线上都具有相同的可编程输出结构每个输出位线上都具有相同的可编程输出结构输出逻
