大规模集成电路及其应用

9．1半导体存储器概述第9单元大规模集成电路及其应用9．3只读存储器9．4随机存储器RAM9．5可编程逻辑器件（PLD）简介9．6大规模集成电路的综合应用退出9.2存储器的结构和工作原理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。2．RAM和ROM的特点。3．掌握RAM和ROM的运用方法。学习要求存储器——用以存储二进制信息的器件。1．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：（1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。（2）只读存储器（ROM）。存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。根据输入/输出方式来分，半导体存储器可分为两大类：串行和并行。9．1半导体存储器概述2．存储器的主要指标（1）存储器的容量：存储器的容量=2n×m(bit)n：地址线总数，2n称为字线数。m每一地址单元存储m位二值数，又称为位线数。8位为一字节，210=1024=1K,220=1024K=1M,230=1024M=1G例：11根地址线，8根数据线（8位输出），容量为211×8=16Kb=2KB(2)存取时间接收到寻址信号到读/写数据为止。9．2．1存储器的结构9.2存储器的结构和工作原理存储器的电路结构9．2．2存储器的工作原理以一个22×4的存储器为例进行说明。它有二根地址线A1、A0，四根数据线D3~D0。二根地址线有四种地址组合，假设对应输出数据如表。存储器的模拟结构如图存储器MD3D2D1D0A1A09.2.3.存储器的工作时序ADDCSI/OtttRCACSAA（地址）读出单元的地址输出数据存储器读操作时序图存储器写操作时序图tWC写入单元的地址ADDtWPCSR/WI/O写入数据AStWRtDWtDHt1．掩膜存储器.厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。2．一次性可编程只读存储器（PROM）。出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。9．3只读存储器按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：9．3．1常用ROM介绍3．紫外线可擦除EPROM(UltravioletPROM)。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。4．电可擦E2PROM（ElectricallyPROM，简称E2PROM）。可用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。5．快闪存储器（FlashMemory）.也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入100次以上。可擦除可编程ROM9．3．2应用举例1.用于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，写入只读存储器中，则在需要时只要给出规定“地址”就可以快速地得到相应的函数值。这种ROM，实际上已经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3．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下图用ROM构成字母“T”的原理。9.3.5常用的E2PROM举例2864（8K×8位）是常用的E2PROM芯片，其容量是8K×8位，即8K字节。它有13根地址线（213=8×210），8根输出线，它与同容量的EPROM2764是兼容的。外引线如图9.13。9．4随机存储器RAMRAM的优点：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数据将随之丢失）。分类：静态存储器和动态存储器应用：静态存储器由于速度快可用于计算机的显卡的内存，动态存储器容量大用于计算机的内存条。1．静态随机存储器（SRAM）静态随机存储器是有自保持功能的RAM。右图是典型的六管静态存储单元。它的特点是存储单元有自保持功能，功耗高，成本高。2．动态随机存储器（DRAM）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型的动态随机存储器，其存储单元的结构如图。3．SRAM6264简介6264是双列直插CMOS静态RAM。右图所示是其外引线图，它的外接线和存储器同为8K×8位的E2PROM2864的引线结构非常相似。9．5可编程逻辑器件（PLD）简介可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，简称PLD）是一种半定制性质的专用集成电路，用户在使用前可对它进行编程，自行配置各种逻辑功能。9．5．1概述PLD的基本结构可编程逻辑器件的分类可编程逻辑阵列（ProgrammableLogicArray，缩写为PLA）、可编程阵列逻辑（ProgrammableArrayLogic，缩写为PAL）、通用阵列逻辑（GenericArrayLogic，缩写为GAL）、复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammableLogicDevice，缩写为CPLD）等类型。9．5．2PLD器件的描述规则其中“·”表示已由生产厂家连接好，不可编程，“×”表示可编程连接，用户可以在编程是将不需要的“×”去掉PLD与、或门表示方法PLD连接点表示符号逻辑门电路与PLD电路比较示意图9．5．3PLD的开发环境PLD的开发需要在开发系统的支持下进行。开发系统的硬件部分由计算机和编程器组成，软件部分由专用的编程语言和相应的编程软件构成。普通PLD器件的开发通常包括逻辑设计、选择器件和编写关于器件编程信息的标准格式文件（JEDEC文件），然后把它JEDGC文件下载到编程器，对器件进行编程，编程完成后还要进行逻辑功能测试，测试通过的器件再插入印刷板使用。第四代PLD可以在线编程。想一想：如果要学习PLD的应用，应如何进行？9.6.1波形产生电路9．6大规模集成电路的综合应用产生8种波形的电路（1）时钟发生器CD4060是14位二进制串行计数器，只要配与2MHz晶振就可以产生2MHz的脉冲信号，它自带计数分频器，可以得到f=2MHz/2n(n=4~10，12，13，14)输出不同频率的信号。用4分频时，f=2MHz/24=125000Hz的输出。（2）地址计数器的组成12位二进制计数器74HC4040有Q0~Q11位输出，其中只选Q0~Q9输出端连到E2PROM的地址A0~A9，一个完整波形的地址空间（000H~3FFH）。存储器三位高地址A10~A12选波形。（3）E2PROME2PROM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。（4）数据锁存器74HC574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据输出的时间间隔内避免对后级转换的影响。（5）D/A转换D/A转换是将74HC374输出的数字信号变换成模拟信号D/A转换示意图：通过调节电位器W改变输出幅度，通过选取14级计数器(4060)的不同输出可以改变输出波形的频率。交直流输出波形(6)存储数据设计存储器的敷据设计与D／A转换精度和输出波形形状有关。设输出波形为右图所示的正弦波形时，可以把波形分成四个区间0º~90º，90º~180º，180º~～270º，270º～360º。9．6．2霓虹灯控制电路振荡分频电路，输出信号作为存储器的地址信号存储器芯片，存储控制灯变化的程序实验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读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。只读存储器在断电时数据不会丢失。只读存储器分为：1、掩膜ROM；2、一次可编程ROM（OTPROM）；3、可擦除可编程ROM（EPROM）。而可擦除可编程ROM又分为紫外线可擦除EPROM、E2PROM和快闪存储器。随机存储器存、取非常方便，但它的数据在断电时会丢失。随机存储器可以分为静态存储器和动态存储器。静态存储器适用于一些要求存储速度快的场合，而动态存储器适用于存储量大的场合。本单元还简介了通用阵列逻辑的一些基本知识.注意：所有存储器的外接线都是由电源线、数据线、地址线和控制线构成。不同芯片的控制线引线名称可能有所不同，功能基本相同。本单元学习指导实验九霓虹灯控制电路一．实验目的（1）理解存储器各引脚的功能。掌握集成电路2864的使用方法。（2）掌握存储器的有关地址、数据和信号传送等概念。（3）掌握编程器的使用。二．实验仪器及材料8K×8位E2PROM2864（或2K×8位E2PROM2816）（一块）内含振荡器的14位串行二进制计数器4060（一块）按键开关（1个）电容1uF（1个）0.01uF（1个）电阻470Ω（8个）1kΩ（2个）10kΩ（2个）1MΩ（1个）三．实验内容按电路图连接好霓虹灯控制电路的电路图。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，然后利用编程器编程，再写入2864之中。写好程序的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。四．实验报告要求1．如果使用2816，应如何接线？2．说明S1的作用。3．说明实验电路的工作原理和实验的现象。4．若希望此电路长时间循环发光，编程时要注意什么。想想可以对此电路进行何种方法改进？五．想想做做如果要设计一个用点阵显示“欢迎您来到广东机电职业技术学院”的电路，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，如何分级进行以减少电路的各级的错误，顺利完成电路。本单元结束返回本单元目录退出