武汉职业技术学院电信学院黄洁.ppt

武汉职业技术学院电信学院 黄 洁,数字电子技术与应用,项目七 大规模数字集成电路,7.1 概述 7.2 只读存储器ROM 7.3 随机存取存储器RAM 7.4 可编程逻辑器件PLD 7.5 常用大规模数字集成器件简介,大规模集成电路技术，可以把一个复杂的数字电路系统集成制作在一片硅片上，封装成一块集成电路。,特点：体积小，重量轻，功耗小，可靠性高。,半导体存储器是一种通用型大规模集成器件。,只读存储器ROM,随机存储器RAM,按存取功能分,PLD（可编程逻辑器件）：功能可由用户编程来确定的新型逻辑器件。,7.1 概述,半导体存储器的分类,半导体存储器,RAM（随机）,双极型RAM,MOS型RAM,ROM（只读）,掩膜ROM,PROM（可编程）,EPROM（可编程可擦除）,E2PROM（可编程可电擦除）,静态,动态,半导体存储器分类,（）,（）,ROM的分类,掩膜ROM：不能改写。,PROM：只能改写一次。,EPROM：可以改写多次。,存储器的分类,RAM：在工作时既能从中读出（取出）信息，又能随时写入（存入）信息，但断电后所存信息消失。,ROM：在工作时只能从中读出信息，不能写入信息，且断电后其所存信息仍能保持。,存储容量：存储单元的总数字数位数 1k=210=1024个存储单元,字线,位线,7.2 只读存储器,ROM的结构,ROM的结构,存储容量字线数位线数2nb（位）,固定ROM的特点：使用者只能读取数据不能改变芯片中数据内容。,一、二极管掩膜ROM的结构,D=1,D=0,W0=1000 W1 =0110 W2 =1001 W3 =0111,7.2.1 固定,二、 固定ROM的工作过程,MROM 存储器结构示意图,1 0 0 0,0,0 0,1 0 0 0,1 0,0 1,1 1,1 0 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,0 1 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,三、ROM的简化画法,地址译码器产生了输入变量的全部最小项,存储体实现了有关最小项的或运算,与阵列固定,或阵列可编程,连接,断开,7.2.2 可编程只读存储器ROM,（,a,）,熔,丝,型,两种PROM存储单元,一、PROM存储单元的结构,写入0，烧断溶丝,写入1，击穿二极管,可编程只读存储器PROM的特点： 一次可编程,二、PROM 的结构,7.2.3 可擦除可编程ROM,（1）EPROM：可擦除可编程ROM （2）E2PROM: 电可擦除可编程ROM （3）Flash Memory：快存存储器,一、 紫外线可擦除EPROM,（1）特点：采用紫外线照射擦除数据；采用电的方法写入数据,（2）芯片介绍,接地,地址线,数据线,接电源,编程电源,片选信号,片选信号/编程脉冲输入,二、 电可擦除E2PROM,（1）特点：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。,（2）芯片介绍,地址线,数据线,接地,接电源,写允许信号/编程电源,读选通,片选信号,7.2.4 ROM的应用,一、用于存储固定的专用程序,二、实现查表或码制变换,8,4,2,1,B,C,D,码,R,O,M,存,储,器,a,b,c,d,e,f,g,地,址,码,输,入,端,数,据,a,g,输,入,端,ROM 数码管驱动电路框图,三、 在波形发生电路中应用,ROM波形发生器示意图,例1： 用ROM实现一位全加器.,解： 全加器的真值表如下表所示，由真值表可得出：,1,W,A,B,C,W0-W7分别对应于Ai、Bi、Ci-1的一个最小项。由此得出存储器的 简化矩阵图如下图所示：,本节小结,只读存储器在存入数据以后，不能用简单的方法更改，即在工作时它的存储内容是固定不变的，只能从中读出信息，不能写入信息，并且其所存储的信息在断电后仍能保持，常用于存放固定的信息。 ROM由地址译码器和存储体两部分构成。地址译码器产生了输入变量的全部最小项，即实现了对输入变量的与运算；存储体实现了有关最小项的或运算。因此，ROM实际上是由与门阵列和或门阵列构成的组合电路，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。 利用ROM实现组合函数的步骤：（1）列出函数的真值表或写出函数的最小项表达式。（2）选择合适的ROM，画出函数的阵列图。,RAM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。RAM中的每个寄存器称为一个字，寄存器中的每一位称为一个存储单元。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位数）的乘积，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位数的不同，RAM有多字1位和多字多位两种结构形式。在多字1位结构中，每个寄存器都只有1位，例如一个容量为10241位的RAM，就是一个有1024个1位寄存器的RAM。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为2564位的RAM，就是一个有256个4位寄存器的RAM。,7.3 随机存取存储器,RAM的特点：可随时写入和读出数据。,RAM的优点：读写方便，使用灵活。,RAM的缺点：断电后所存信息将丢失。,RAM的应用领域举例：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。,RAM分类,静态随机存储器SRAM,动态随机存储器DRAM,由大量寄存器 构成的矩阵,用以决定访问 哪个字单元,用以决定芯 片是否工作,用以决定对 被选中的单元 是读还是写,读出及写入 数据的通道,7.3.1 RAM的基本结构,一、 随机存取存储器RAM的结构,RAM的基本结构,1,E,N,1,E,N,1,E,N,&,&,D,I,/,D,O,G,1,G,2,G,3,G,4,G,5,D,读/写控制电路,0,1,0,1,0,0,1,容量为2564 RAM的存储矩阵,存储单元,1024个存储单元排成 32行32列的矩阵,每根行选择线选择一行,每根列选择线选择一个字列,Y11，X21，位于X2和Y1交叉处的字单元可以进行读出或写入操作，而其余任何字单元都不会被选中。,二、 RAM的工作原理,地址的选择通过地址译码器来实现。地址译码器由行译码器和列译码器组成。行、列译码器的输出即为行、列选择线，由它们共同确定欲选择的地址单元。,2564 RAM存储矩阵中，256个字需要8位地址码A7A0。其中高3位A7A5用于列译码输入，低5位A4A0用于行译码输入。A7A0=00100010时，Y1=1、X2=1，选中X2和Y1交叉的字单元。,01000,1 0 0,一、 静态RAM（SRAM）,X,Y,U,D,D,U,G,G,V,U,1,V,U,2,V,U,3,V,U,4,V,U,5,V,U,6,V,U,7,V,U,8,数,据,线,数,据,线,D,六管NMOS静态存储单元,行译码器输出,列译码器输出,常用于的存储器,SRAM的特点：只要不断电，信息将长期保存，所需的读/写控制电路简单，存取速度快。,7.3.2 RAM的存储单元,X=1，Y=1选中该单元,二、 动态RAM（DRAM）,位,线,字,线,V,U,C,S,C,0,单管动态MOS型RAM,D常用于的存储器,字线,门控管导通,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，定时地给栅极电容补充漏掉的电荷 。这种操作叫“刷新”。,存储信息,三、 集成2kB8位RAM 6116,写入控制端,片选端,输出使能端,7.3.3 RAM存储容量的扩展,1,k,1,位,I,/,O,I,/,O,1,1,k,1,位,I,/,O,I,/,O,2,1,k,1,位,I,/,O,I,/,O,3,1,k,1,位,I,/,O,I,/,O,4,A,0,A,9,A,0,A,9,A,0,A,9,A,0,A,9,A,0,A,9,一、 位扩展,1Kx1位扩展成1Kx4位,将地址线、读写线和 片选线对应地并联在一起,输入输出（I/O）分开 使用作为字的各个位线,1,k,1,位,(,I,),I,/,O,I,/,O,1,k,1,位,(,I,I,),I,/,O,1,k,1,位,(,),I,/,O,1,k,1,位,(,),I,/,O,A,0,A,9,A,0,A,9,A,0,A,9,A,0,A,9,A,0,A,9,片,选,译,码,A,0,A,1,A,1,0,A,1,1,二、 字扩展,0 0,0,1 0,0,0 1,0,1 1,0,1Kx1位扩展成4Kx1位,字扩展,输入输出（I/O）线并联,要增加的地址线A10A12 与译码器的输入相连， 译码器的输出分别接至 8片RAM的片选控制端,1Kx4位扩展成8Kx4位,三. 字位扩展,1Kx4位扩展成2Kx8位,本节小结,随机存取存储器（RAM）可以在任意时刻、对任意选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取出（读出）操作。与只读存储器ROM相比，RAM最大的优点是存取方便，使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一旦停电，所存内容便全部丢失。 RAM由存储矩阵、地址译码器、读写控制电路、输入输出电路和片选控制电路等组成。实际上RAM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。 当单片RAM不能满足存储容量的要求时，可以把若干片RAM联在一起，以扩展存储容量，扩展的方法有位扩展和字扩展两种，在实际应用中，常将两种方法相互结合来达到预期要求。,各种PLD情况一览表,7.4 可编程逻辑器件PLD,一、 基本结构,PLD的基本结构框图,7.4.1 PLD的基本结构与表示方法,二、 表示方法,（1）交叉点上的阵列方式,（2）门电路惯用表示法,&,P,P,A,B,C,A,B,C,(,a,),与,门,（,b,）,或,门,1,1,A,A,A,（,c,）,输,入,缓,冲,（,d,）,三,态,输,出,缓,冲,器,（,e,）,非,门,E,N,E,N,P=AC,P=A+B,PLD电路中的门电路的惯用逻辑符号,PLD分类,可编程只读存储器PROM,可编程逻辑阵列PLA,可编程阵列逻辑PAL,通用阵列逻辑GAL,与门,或门,输入缓冲器,非门,三态输出缓冲器,三、电路表示法,&,&,&,&,1,1,与,门,阵,列,A,B,输,入,或,门,阵,列,Y,1,Y,2,输,出,PLD电路表示方法,7.4.2 可编程逻辑阵列PLA,PLA实现二进制码到循环码转换的结构图,一、 PLA的结构,&,&,&,&,1,1,A,B,Y,1,Y,2,1,1,C,D,Y,3,&,&,&,Y,0,与阵列可编程,输入,或阵列可编程,输出,用PLA实现如右图所示的1位二进制全加器。,F,A,A,i,B,i,C,i,-,1,S,i,C,i,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，Ai、Bi为加数；Ci1为低位进位；Si为本位和；Ci为向高位进位。在Si 和Ci表达式中共有7个乘积项，分别为：,即,二、 例题,根据上式，可画出由PLA实现全加器的阵列结构图，如下图所示：,&,&,&,&,1,1,A,i,B,i,S,i,C,i,1,C,i,-,1,&,&,&,用PLA实现1位二进制全加器,P0、P1、P2、P3,P4、P5、P6,7.4.3 可编程阵列逻辑PAL,一、基本结构,特点：与逻辑阵列可编程；或逻辑阵列固定,二、 输出电路类型,（1） 组合型输出结构（适用于组合电路）,加入D触发器,（2）寄存器型输出结构（适用于时序电路）,（3） PAL器件型号含义,7.4.4 通用阵列逻辑GAL,一、 GAL16V8 功能表,二. 电路结构,输入缓冲器,可编程与阵列,输出宏单元,输出缓冲器,反馈/输入缓冲器,1,三、 引脚图,时钟输入,输入端,接地端,接电源,输出宏单元,输出使能端,四、 GAL器件的型号含义,思考：GAL20V8的含义？,五、 用GAL器件设计电子系统的流程,（1）根据设计要求写出逻辑函数表达式，并选择合适的GAL器件；,（2）按GAL编程器使用的汇编语言编写汇编源程序；,（3）编译或汇编； 先将源程序输入计算机中，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、列表文件。,（4）硬件编程。 编程器与PC机相连，在PC机上执行编程软件中的程序，对GAL器件进行编程。,本节小结,PLD的主体是由与门和或门构成的与阵列和或阵列，因此，可利用PLD来实现任何组合逻辑函数