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1、9 91 1半导体存储器概述半导体存储器概述半导体存储器概述半导体存储器概述 第9单元 大规模集成电路及其应用 9 93 3 只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器 9 94 4 随机存储器随机存储器随机存储器随机存储器RAM RAM 9 95 5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（PLDPLD）简介简介简介简介 9 96 6 大规模集成电路的综合应用大规模集成电路的综合应用大规模集成电路的综合应用大规模集成电路的综合应用 退退退退 出出出出9.2 9.2 存储器的结构和工作原理存储器的结构和工作原理存储器的结构和工作原理存储器的结构和工作原理 通常这一单元的学习
2、，可以掌握的知识有：通常这一单元的学习，可以掌握的知识有：1半导体存储器的类型。半导体存储器的类型。2RAM和和ROM的特点。的特点。3掌握掌握RAM和和ROM的运用方法。的运用方法。学习要求学习要求存储器存储器用以存储二进制信息的器件用以存储二进制信息的器件。1半导体存储器的分类半导体存储器的分类 ：根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：（1）随随机机存存取取存存储储器器（RAM）也也叫叫做做读读/写写存存储储器器。既既能能方方便便地地读读出出所所存存数数据据，又又能能随随时时写写入入新新的的数数据据。RAM的的缺点是数据易失，即一旦掉电
3、，所存的数据全部丢失缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。（2）只只读读存存储储器器（ROM）。存存储储的的数数据据不不会会因因断断电电而而消消失，即具有非易失性。失，即具有非易失性。根据输入根据输入/输出方式来分，半导体存储器可分为两大类：输出方式来分，半导体存储器可分为两大类：串行和并行。串行和并行。91半导体存储器概述半导体存储器概述 2存储器的主要指标存储器的主要指标 （1）存储器的容量：存储器的容量）存储器的容量：存储器的容量=2nm(bit)n：地地址址线线总总数数， 2n 称称为为字字线线数数。m每每一一地地址址单单元元存存储储m位位二二值值数数，又又 称称 为为 位位
4、 线线 数数 。 8位位 为为 一一 字字 节节 ， 210=1024=1K, 220=1024K=1M, 230=1024M=1G例例 ： 11根根 地地 址址 线线 ， 8根根 数数 据据 线线 （ 8位位 输输 出出 ） ， 容容 量量 为为2118=16Kb=2KB(2)存取时间存取时间接收到寻址信号到读接收到寻址信号到读/写数据为止。写数据为止。921 存储器的结构存储器的结构 9.2 存储器的结构和工作原理存储器的结构和工作原理 存储器的电路结构存储器的电路结构922 存储器的工作原理存储器的工作原理 以一个以一个2 22 244的存储器为例进行说明。它有二根的存储器为例进行说明。
5、它有二根地址线地址线A A1 1、A A0 0，四根数据线四根数据线D D3 3 D D0 0。二根地址线有四种。二根地址线有四种地址组合，假设对应输出数据如表。地址组合，假设对应输出数据如表。 存储器的模拟结构如图存储器的模拟结构如图存存储储器器MD3D2D1D0A1A09.2.39.2.3. 存储器的工作时序存储器的工作时序 存储器读操作时序图存储器读操作时序图 存储器写操作时序图存储器写操作时序图 1掩掩膜膜存存储储器器.厂厂家家把把数数据据写写入入存存储储器器中中，用用户户无无法进行任何修改。法进行任何修改。2一一次次性性可可编编程程只只读读存存储储器器（PROM） 。出出厂厂时时，存
6、存储储内内容容全全为为1（或或全全为为0），用用户户可可根根据据自自己己的的需要编程，但只能编程一次。需要编程，但只能编程一次。93 只读存储器只读存储器 按按照照数数据据写写入入方方式式特特点点不不同同，ROM可可分分为为以以下几种：下几种：931 常用常用ROM介绍介绍 3紫紫外外线线可可擦擦除除EPROM(Ultraviolet PROM) 。其其内内容容可可通通过过紫紫外外线线照照射射而而被被擦擦除除，可可多多次次编编程。程。4电电可可擦擦E2PROM（Electrically PROM ，简简称称E2PROM） 。可可用用电电擦擦除除，并并且且擦擦除除的的速速度度要要快快的的多多（一
7、一般般为为毫毫秒秒数数量量级级）。E2PROM的的电电擦擦除除过过程程就就是是改改写写过过程程，它它具具有有ROM的的非非易易失失性性，又又具具备备类类似似RAM的的功功能能，可可以以随随时时改改写写（可可重重复复擦擦写写1万次以上）。万次以上）。5快快闪闪存存储储器器（Flash Memory）.也也是是采采用用浮浮栅栅型型MOS管管，存存储储器器中中数数据据的的擦擦除除和和写写入入是是分分开开进进行行的的，数数据据写写入入方方式式与与EPROM相相同同，一一般般一一只只芯芯片片可以擦除可以擦除/写入写入100次以上。次以上。可擦除可编程ROM932 应用举例应用举例 1.用于查表的表格用于
8、查表的表格 数学运算是数控装置和数字系统中需要经常进数学运算是数控装置和数字系统中需要经常进行的操作，如果事先把要用到的基本函数变量在一定行的操作，如果事先把要用到的基本函数变量在一定范围内的取值和相应的函数取值列成表格，写入只读范围内的取值和相应的函数取值列成表格，写入只读存储器中，则在需要时只要给出规定存储器中，则在需要时只要给出规定“地址地址”就可以就可以快速地得到相应的函数值。这种快速地得到相应的函数值。这种ROM，实际上已经实际上已经成为函数运算表电路。成为函数运算表电路。 存储器很经常用于当作存储数据的表格，因为存储器很经常用于当作存储数据的表格，因为输入地址，就可输出存储在该地址
9、单元的数据输出。输入地址，就可输出存储在该地址单元的数据输出。 2实现任意组合逻辑函数实现任意组合逻辑函数 3字符显示字符显示 字符发生器常用于显示终端、打印机及其他一些数字装字符发生器常用于显示终端、打印机及其他一些数字装置。将各种字母、数字等字符事先存储在置。将各种字母、数字等字符事先存储在ROMROM的存储矩阵中，的存储矩阵中，再以适当方式给出地址码，某个字符就能读出，并驱动显再以适当方式给出地址码，某个字符就能读出，并驱动显示器进行显示示器进行显示 下图用下图用ROM构成字母构成字母“T”的原理。的原理。 9.3.5 常用的常用的E2PROM举例举例 2864（8K8位）是常位）是常用
10、的用的E2PROM芯片，其容芯片，其容量是量是8K8位，即位，即8K字节。字节。它有它有13根地址线根地址线（213=8210），）， 8根输出根输出线，它与同容量的线，它与同容量的EPROM2764是兼容的。是兼容的。外引线如图外引线如图9.13。 94 随机存储器随机存储器RAM RAMRAM的优点的优点：读、写方便，使用灵活；缺：读、写方便，使用灵活；缺点：数据易失（即一旦停电以后所存储的点：数据易失（即一旦停电以后所存储的数据将随之丢失）。数据将随之丢失）。 分类：分类：静态存储器和动态存储器静态存储器和动态存储器应用：应用：静态存储器由于速度快可用于计算静态存储器由于速度快可用于计算
11、机的显卡的内存，动态存储器容量大用于机的显卡的内存，动态存储器容量大用于计算机的内存条。计算机的内存条。1静态随机存储器（静态随机存储器（SRAM） 静态随机存储静态随机存储器是有自保持功器是有自保持功能的能的RAMRAM。 右图是典型右图是典型的六管静态存储的六管静态存储单元。它的特点单元。它的特点是存储单元有自是存储单元有自保持功能，功耗保持功能，功耗高，成本高。高，成本高。 2动态随机存储器（动态随机存储器（DRAM） 动态随机存储器是需要刷新存储器。动态随机存储器是需要刷新存储器。 单管动态存储器是最典单管动态存储器是最典型的动态随机存储器，其存型的动态随机存储器，其存储单元的结构如图
12、。储单元的结构如图。 3SRAM6264简介简介 62646264是双列直插是双列直插CMOSCMOS静态静态RAMRAM。右图所右图所示是其外引线图，它的示是其外引线图，它的外接线和存储器同为外接线和存储器同为8K88K8位的位的E E2 2PROM2864PROM2864的引线结构非常相似。的引线结构非常相似。 95可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD）简介简介 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（Programmable Programmable Logic DeviceLogic Device，简称简称PLDPLD）是一种半定制是一种半定制性质的专用集成电路，用户在使用前可性质的专用集成
13、电路，用户在使用前可对它进行编程，自行配置各种逻辑功能。对它进行编程，自行配置各种逻辑功能。 951 概述概述PLD的基本结构的基本结构可编程逻辑器件的分类可编程逻辑器件的分类n可编程逻辑阵列（可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array Programmable Logic Array ，缩缩写为写为PLAPLA）、）、可编程阵列逻辑（可编程阵列逻辑（ Programmable Programmable Array LogicArray Logic，缩写为缩写为PALPAL）、）、通用阵列逻辑通用阵列逻辑（Generic Array LogicGeneric Array
14、Logic，缩写为缩写为GALGAL）、）、复杂可编复杂可编程逻辑器件（程逻辑器件（Complex Programmable Logic Complex Programmable Logic Device Device ，缩写为缩写为CPLDCPLD）等类型。等类型。 952 PLD器件的描述规则器件的描述规则 其中其中“”表示已由生表示已由生产厂家厂家连接好，不可接好，不可编程，程，“”表示可表示可编程程连接，用接，用户可以在可以在编程是将不需要的程是将不需要的“”去掉去掉 PLD与、或门表示方法与、或门表示方法 PLD连接点表示符号连接点表示符号 逻辑门电路与逻辑门电路与PLD电路比较示意
15、图电路比较示意图 953 PLD的开发环境的开发环境 PLD的开的开发需要在开需要在开发系系统的支持下的支持下进行。开行。开发系系统的硬件部分由的硬件部分由计算机和算机和编程器程器组成，成，软件部分由件部分由专用的用的编程程语言和相言和相应的的编程程软件构件构成。成。 n普通普通PLD器件的开器件的开发通常包括通常包括逻辑设计、选择器件和器件和编写关于器件写关于器件编程信息的程信息的标准格式文件准格式文件（JEDEC文件），然后把它文件），然后把它JEDGC文件下文件下载到到编程器，程器，对器件器件进行行编程，程，编程完成后程完成后还要要进行行逻辑功能功能测试，测试通通过的器件再插入印的器件再
16、插入印刷板使用。刷板使用。 第四代第四代PLD可以在线编程。可以在线编程。想一想：想一想：如果要学习如果要学习PLDPLD的应用，应如何进行？的应用，应如何进行？ 9.6.1 波形产生电路波形产生电路 96 大规模集成电路的综合应用大规模集成电路的综合应用 产生产生8种波形的电路种波形的电路 （1）时钟发生器）时钟发生器 nCD4060是是14位二进制串行计数器，只位二进制串行计数器，只要配要配与与2MHz晶振就可以产生晶振就可以产生2MHz的脉的脉冲信号，它自带计数分频器，可以得到冲信号，它自带计数分频器，可以得到f=2MHz/2n(n=410，12，13，14)输输出不同频率的信号。用出不
17、同频率的信号。用4分频时分频时，f=2MHz/24=125000Hz的输出。的输出。 （2）地址计数器的组成）地址计数器的组成 n12位二进制计数器位二进制计数器74HC4040有有Q0Q11位输出，其中只选位输出，其中只选Q0Q9输出端输出端连到连到E2PROM的地址的地址A0A9，一个完整一个完整波形的地址空间（波形的地址空间（000H3FFH） 。n存储器三位高地址存储器三位高地址A10A12 选选波形。波形。（3）E2PROM nE2PROM中的波形数据用专用的编程器写入。中的波形数据用专用的编程器写入。在编程时按指定地址写入数据，把编程器与计在编程时按指定地址写入数据，把编程器与计算
18、机的打印机接口相连，然后设置为写入状态，算机的打印机接口相连，然后设置为写入状态，就能按程序写入数据了。就能按程序写入数据了。 （4）数据锁存器）数据锁存器 n74HC574锁存器的引脚图和功能表如图所示。锁存器的引脚图和功能表如图所示。加入锁存器的作用是在存储器从地址有效到数加入锁存器的作用是在存储器从地址有效到数据输出的时间间隔内避免对后级转换的影响。据输出的时间间隔内避免对后级转换的影响。（5）D/A转换转换 nD/A转换是将转换是将74HC374输出的数字信输出的数字信号变换成模拟信号号变换成模拟信号 D/A转换示意图：转换示意图： n通通过过调调节节电电位位器器W改改变变输输出出幅幅
19、度度，通通过过选选取取14级级计计数数器器(4060)的的不不同同输输出出可可以以改变输出波形的频率。改变输出波形的频率。交直流输出波形交直流输出波形 (6)存储数据设计存储数据设计 存存储储器器的的敷敷据据设设计计与与DA转转换换精精度度和和输输出出波波形形形状有关。形状有关。 设输出波形设输出波形为右图所示的正为右图所示的正弦波形时，可以弦波形时，可以把波形分成四个把波形分成四个区间区间0 90 ，90 180 ，180 270 ，270 360 。962 霓虹灯控制电路霓虹灯控制电路 振荡分频电路，输振荡分频电路，输出信号作为存储器出信号作为存储器的地址信号的地址信号存储器芯片，存储器芯
20、片，存储控制灯存储控制灯变化的程序变化的程序实验实验本单元学习指导本单元学习指导 本单元主要介绍存储二值数据的半导体存储器件只本单元主要介绍存储二值数据的半导体存储器件只读存储器（读存储器（ROM）和随机存储器（和随机存储器（RAM）。）。只读存储器在断电时数据不会丢失。只读存储器分只读存储器在断电时数据不会丢失。只读存储器分为：为：1、掩膜、掩膜ROM；2、一次可编程一次可编程ROM（OTPROM）；）；3、可擦除可编程可擦除可编程ROM（EPROM）。）。而可擦除可编程而可擦除可编程ROM又分为紫又分为紫外线可擦除外线可擦除EPROM、E2PROM和快闪存储器。和快闪存储器。随随机机存存储
21、储器器存存、取取非非常常方方便便，但但它它的的数数据据在在断断电电时时会会丢丢失失。随随机机存存储储器器可可以以分分为为静静态态存存储储器器和和动动态态存存储储器器。静静态态存存储储器器适适用用于于一一些些要要求求存存储储速速度度快快的的场场合合，而而动动态态存存储储器器适适用用于于存存储储量量大的场合。大的场合。本单元还简介了通用阵列逻辑的一些基本知识本单元还简介了通用阵列逻辑的一些基本知识.注注意意：所所有有存存储储器器的的外外接接线线都都是是由由电电源源线线、数数据据线线、地地址址线线和和控控制制线线构构成成。不不同同芯芯片片的的控控制制线线引引线线名名称称可可能能有有所所不不同同，功功
22、能能基基本本相相同同。 本单元学习指导本单元学习指导 实验九实验九 霓虹灯控制电路霓虹灯控制电路 一实验目的一实验目的 （1）理理解解存存储储器器各各引引脚脚的的功功能能。掌掌握握集集成成电电路路2864的使用方法。的使用方法。（2）掌掌握握存存储储器器的的有有关关地地址址、数数据据和和信信号号传传送送等等概概念。念。（3）掌握编程器的使用。）掌握编程器的使用。 二实验仪器及材料二实验仪器及材料 8K88位位 E2PROM 2864 （ 或或 2K88位位E2PROM 2816）（一块）一块）内内 含含 振振 荡荡 器器 的的 14位位 串串 行行 二二 进进 制制 计计 数数 器器 4060
23、 （一块）（一块）按键开关按键开关 （1个）个）电容电容 1u uF（1个）个） 0.01u uF（1个）个）电阻电阻 470（8个）个） 1k（2 2个）个） 1010k（2个）个）1M（1个）个） 三实验内容三实验内容 按按电电路路图图连连接接好好霓霓虹虹灯灯控控制制电电路路的的电路图。电路图。 利用专用编程器编程后写入到存储利用专用编程器编程后写入到存储器中，然后安装到电路中。电路工作时器中，然后安装到电路中。电路工作时只进行读出不写入。指示灯的变化规律只进行读出不写入。指示灯的变化规律由老师和学生一定约定，然后利用编程由老师和学生一定约定，然后利用编程器编程，再写入器编程，再写入286
24、4之中。写好程序的之中。写好程序的芯片插入到电路相应位置的底座上，加芯片插入到电路相应位置的底座上，加上电源。电路即开始工作。上电源。电路即开始工作。 四实验报告要求四实验报告要求 1如果使用如果使用2816，应如何接线？，应如何接线？2说明说明S1的作用。的作用。3说说明明实实验验电电路路的的工工作作原原理理和和实实验验的的现现象。象。4若若希希望望此此电电路路长长时时间间循循环环发发光光，编编程程时时要要注注意意什什么么。想想想想可可以以对对此此电电路路进进行行何种方法改进？何种方法改进？ 五想想做做五想想做做 如果要设计一个用点阵显示如果要设计一个用点阵显示“欢迎您欢迎您来到广东机电职业技术学院来到广东机电职业技术学院”的电路，的电路，需要什么集成电路，各个芯片的连接应需要什么集成电路，各个芯片的连接应该是如何？在制作过程中，如何分级进该是如何？在制作过程中，如何分级进行以减少电路的各级的错误，顺利完成行以减少电路的各级的错误，顺利完成电路。电路。 本单元结束本单元结束返回本单元目录返回本单元目录退出退出
