电工学(第七版)-秦曾煌-全套完整-22存储器和可编程逻辑器件ppt课件

第22章存储器和可编程逻辑器件,22.1只读存储器,22.2随机存取存储器,22.3可编程逻辑器件,本章要求,1.了解ROM,RAM,PROM,EPROM和ROM的结构和工作原理及功能的区别；,第22章存储器和可编程逻辑器件,2.了解常用可编程逻辑器件在实际中的应用；,3.会用可编程逻辑器件构成简单的逻辑函数。,半导体存储器分类：,22.1只读存储器,22.1.1ROM的结构方框图,只读存储器(ROM)，它存储的信息是固定不变的。工作时，只能读出信息，不能随时写入信息。,ROM的结构框图,表示存储容量,1.存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码1或0。存储器是以字为单位进行存储的。图中有NM个存储单元。,2.地址译码器：为了存取的方便，给每组存储单元以确定的标号，这个标号称为地址。图中W0WN-1称为字单元的地址选择线，简称字线；地址译码器根据输入的代码从W0WN-1条字线中选择一条字线，确定与地址代码相对应的一组存储单元位置。被选中的一组存储单元中的各位数码经位线D0DM-1传送到数据输出端。,二极管ROM电路,22.1.2ROM的工作原理,(1)存储矩阵,图中的存储矩阵和地址译码器均由二极管构成。在存储矩阵和地址译码器之间，由字线联系。,如：字线W0与位线有四个交叉点,其中与位线D0和D2交叉处接有二极管。当选中W0(为高电平)字线时,两个二极管导通，使位线D0和D2为1,这相当于接有二极管的交叉点存1。,22.1.2ROM的工作原理,交叉点处没有接二极管处，相当于存0；位线D1和D3为0,这相当于没接有二极管的交叉点存0。,ROM的特点：存储单元存0还是存1是在设计和制造时已确定,不能改变；而且存入信息后,即使断开电源，所存信息也不会消失，所以ROM也称固定存储器。,(2)地址译码器,图中是一个二极管译码器，两位地址代码A1A0可指定四个不同的地址。,四个地址的逻辑式分别为：,地址译码器特点：,(1)N取一译码：即N条字线中，每次只能选中一条字线。图示电路为四选一译码。,(2)最小项译码：n个地址输入变量A0An最小项的数目为N=2n。图示电路最小项为四个。,从图中可看出，地址译码器是一个与逻辑阵列。,存储矩阵是一个或逻辑阵列。,ROM的阵列图,或阵列,与阵列,有二极管,无二极管,22.1.3ROM的阵列图,22.1.3ROM的阵列图,ROM阵列图中地址译码器和存储阵列的行线和列线交叉处的二极管已用圆点“”代替。,ROM的阵列图可以很直观地表示出地址译码器和存储矩阵之间对应的逻辑关系。,例：当地址码为A1A0=10时,译码器输出同时字线W1=1，该字线上两个交叉点有圆点(存1)，另两个交叉点无圆点(存0)，ROM输出的信息为,D3D2D1D0=1100,ROM的简化阵列图,双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵,双极型存储矩阵,存1,存0,双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵,1101,选中,导通,MOS型存储矩阵,选中,0010,1101,导通,1.ROM构成的全加器,22.1.4ROM的应用举例,在数字系统中ROM的应用十分广泛，如组合逻辑、波形变换、字符产生以及计算机的数据和程序存储等。,用ROM构成全加器的逻辑状态,由表可得：,2.ROM构成的序列脉冲发生器,采用计数器和ROM来实现。,例：要产生11000100这一八位序列脉冲。,在脉冲C的作用下,W0W7依次被选中，从D依次输出01100010,工作波形,3.ROM构成的字符发生器,22.1.4ROM的应用举例,字符发生器常用于显示终端、打印机及其其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符事先存储在ROM的存储矩阵中，再以适当的方式给出地址码，某个字符就能读出来，并驱动显示器显示。,下面用ROM构成的字符发生器显示字母R来说明其工作原理。,用ROM构成字符发生器,由图可看出该字符显示器由7行5列构成存储矩阵,将字母R的形状分割成若干部分并在相应的单元存入信息1。当地址输入由000110周期地循环变化时,即可逐行扫描各字线,把字线W0W7所存储的字母“R”的字形信息从位线D0D4读出。使显示设备一行行的显示出图(b)的字形。,22.2随机存取存储器,随机存取存储器(RAM)不仅可以随时从指定的地址的存储单元读出数据，而且可以随时向指定的存储单元写入数据。因此,RAM也称为读/写存储器,。,优点：读/写方便,缺点：信息容易丢失，一旦断电，所存储的信息会随之消失，不利于数据的长期保存。,22.2.1RAM的结构方框图,RAM的结构方框图,1.存储矩阵：由大量存储单元构成，它的存储单元有静态和动态两种类型。与ROM不同的是RAM存储单元的数据不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必须由具有记忆功能的电路构成。,2.地址译码器：也是N取一译码器。,22.2.2RAM的工作原理,2114RAM外引线排列图,22.2.3RAM芯片简介,22.2.4RAM的扩展,用两片2114RAM实现位数扩展,1.RAM位数的扩展,2.RAM字数的扩展,A11A0十二根地址线，组成4096字4位的RAM,用四片2114RAM实现字数扩展,0,用四片2114RAM实现字数扩展,选中,可编程逻辑器件(PLD)是由用户自行定义功能(编程)的一类逻辑器件的总称。,PLD的结构框图,22.3可编程逻辑器件,22.2.4PLD的结构方框图,PLD电路结构复杂，线路纵横交错，编程点和门电路甚多。为了清晰准确地表示PLD的电路连线和逻辑关系，采用了一些不同常规的表示方法。,1.行线和列线的交叉点,两种导线的交叉点有三种含义。,(1)圆点“”表示该点为固定连接点，用户不能改变。(2)叉点“”也表示两线连通，但该点是编程点,出厂时此点是接通的,用户可根据需要断开或保持接通。(3)既无点“”又无叉点“”，表示两线是断开的。,2.与门与或门,与门输出Y1=ABD(变量C与与门无关),或门输出Y2=A+B+C(变量D与或门无关),PLD中的与门和或门,输出线,输入线,与门的输入线只有一条，称为乘积线；输出线的Y1=ABD称为与项。,或门的输入线也只有一条，称为相加线；输出线的Y2=ABC称为或项。,3.输入互补缓冲器和输出三态缓冲,(1)输入互补缓冲器,(2)输出三态缓冲器,反相缓冲器输出,同相缓冲器输出,主要用于PLD的输出电路。,22.3.2可编程只读存储器,1.一次编程性只读存储器(PROM),厂家制造PROM时，使存储矩阵的所有存储单元的内容全为1。用户可根据自己的需要自行确定存储单元的内容。,PROM存储单元中的熔丝,存储1,存储0,熔断器被烧断后不能恢复。只能编程一次，一旦编号,就不能再行修改,所以称一次编程只读存储器。,图1.PROM存储单元全部存1,未编程的存储矩阵,图2.PROM编程后的存储矩阵,已编程的存储矩阵,例1：在前面图1所示的PROM存储阵列中，编程时已将其中的一些融丝烧断,如前图2所示,根据此图：,(1)画出存储矩阵的编程阵列图；(2)说明存储阵列存储的内容；(3)写出存储矩阵输出端D0D3的逻辑式。,解：(1)将图2和图1对照比较，凡是熔丝烧断后的编程点，将“”擦出，未被烧断熔丝的编程点，将“”保留，存储矩阵的编程阵列图如图2(b)所示。,(2)存储矩阵存储的内容。由图可知，存储的内容为：1001，1100，1001，0110四个字单元。,(3)存储矩阵输出端或门输出的逻辑式为,PROM的基本结构图,固定与阵列,可编程或阵列,例2:试用PROM产生一组逻辑函数。,解：(1)由于PROM的地址译码器是固定的最小项与阵列，所以需将Y0Y2各式化为最小项形式。,(3)由Y0Y2最小项画出PROM的编程阵列图,用PROM产生一组逻辑函数,2.可改写型只读存储器(EPROM）,PROM只能一次编程，而EPROM则可多次擦去并重新写入新内容。,擦除方法：在EPROM器件外壳上有透明的石英窗口，用紫外线(或X射线)照射，即可完成擦除操作。,3.电可改型只读存储器(EEPROM）,尽管EPROM能实现擦除重写的目的，但由于紫外线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度也比较慢，为此，又产生了EEPROM。,22.3.3可编程阵列逻辑(PAL),PAL基本结构图(一),PLA与PROM的结构相似，其区别在于APL译码器部分也