电工课件第22章 存储器和可编程逻辑器件

下一页返回上一页退出章目录第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可编程逻辑器件下一页返回上一页退出章目录本章要求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下一页返回上一页退出章目录半导体存储器分类：按功能只读存储器（ROM）随机存取存储器（RAM）按元件双极型存储器:速度快，功耗大。MOS型存储器：速度较慢，功耗小，集成度高。下一页返回上一页退出章目录22.1只读存储器22.1.1ROM的结构框图只读存储器（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。图22.1.1ROM的结构框图存储输出读出电路存储矩阵地址译码器N×M位线（数据线）字线（选择线）地址输入AN-1A1A0......W0W1WnN-1DM-1D0D1......表示存储容量下一页返回上一页退出章目录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22.1.1中有N×M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22.1.1中，W0~WN-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W0~WN-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D0~DM-1传送到数据输出端。ROM主要结构存储矩阵地址译码器下一页返回上一页退出章目录22.1.2ROM的工作原理图22.1.2二极管ROM电路11A0A1字线位线读出电路地址译码器存储矩阵存储输出地址输入W0W1W2W3D0D1D2D3A1A0+UA0A1存“1”存“0”下一页返回上一页退出章目录(1)存储矩阵22.1.2ROM的工作原理1.二极管构成的ROM的工作原理图中的存储矩阵有四条字线和四条位线。共有十六个交叉点，每个交叉点都可看作一个存储单元。交叉点处接有二极管时,相当于存“1”；交叉点处没有接二极管时，相当于存“0”；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”。下一页返回上一页退出章目录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。下一页返回上一页退出章目录22.1.2ROM的工作原理四个地址的逻辑式分别为：010AAW011AAW012AAW013AAW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A0~An最小项的数目为N=2n。图示电路最小项为四个。地址译码器是一个“与”逻辑阵列下一页返回上一页退出章目录22.1.2ROM的工作原理表22.1.1最小项译码和N选一译码地址码01AAA0A100011011最小项及编号N选一译码存储内容W0W1W2W3D0D1D2D3m0m1m2m301AA01AA01AA00010101001010110100010010001110从图22.1.2中可看出：地址译码器是一个“与”逻辑阵列010AAW011AAW012AAW013AAW下一页返回上一页退出章目录22.1.3ROM的阵列图存储矩阵是一个“或”逻辑阵列100WWD311WWD3202313WWDW3=A1A0m3m2W2=A1A0m1W1=A1A0m0W0=A1A0A0A1地址译码器D3D2D1D0图22.1.3简化的ROM存储矩阵阵列图有二极管无二极管下一页返回上一页退出章目录2.双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵图22.1.4双极型存储矩阵存“1”存“0”D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3下一页返回上一页退出章目录2.双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵“1”“0”“0”“0”选中1101D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3导通下一页返回上一页退出章目录1D31D21D11D0W0W1W2W3负载管+UDD图22.1.5MOS型存储矩阵“1”“0”“0”“0”选中00101101导通下一页返回上一页退出章目录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。输入变量A——加数B——加数C0——低位进位数输出变量S——本位和C0——向高位进位数下一页返回上一页退出章目录22.1.4ROM的应用举例ABC0十进制最小项被选中字线最小项编号位线SC00000101001110010111011101234567ABC0ABC0ABAC0AC0BC0BC0ABBC0AC0BAW0=1W1=1W2=1W3=1W4=1W5=1W6=1W7=1m0m1m2m3m4m5m6m70010100110010111表22.1.2全加器逻辑状态及三变量最小项编码下一页返回上一页退出章目录根据表22.1.2可得：74210000mmmmCBACBACBACBAS76530000mmmmCBACBACBACBACWOm0W1m1W2m2W3m3W4m4W5m5W6m6W7m7SCABC最小项译码器0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA图22.1.6ROM构成的全加器下一页返回上一页退出章目录WOm0W1m1W2m2W3m3W4m4W5m5W6m6W7m7SCABC最小项译码器0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA0CBA011选中01如：下一页返回上一页退出章目录2.ROM构成的序列脉冲发生器22.1.4ROM的应用举例采用计数器和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，W0~W7依次被选中，从D依次输出01100010DQ0CQ1Q2RD八进制计数器八取一译码器图22.1.7ROM构成的序列脉冲发生器WOm0W1m1W2m2W3m3W4m4W5m5W6m6W7m7下一页返回上一页退出章目录1100010011000CD1234567891011121314工作波形脉冲最小项被选中字线最小项编号位线DQ2Q1Q000000101001110010111011101234567W0=1W1=1W2=1W3=1W4=1W5=1W6=1W7=1m0m1m2m3m4m5m6m70C8000二进制数Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0Q2Q1Q0m0W0=101010001下一页返回上一页退出章目录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。下一页返回上一页退出章目录图22.1.8字符显示原理图(b)WOW1W2W3W4W5W6(a)000001010011100101110D4D3D2D1D0行译码器A2A1A0读出电路下一页返回上一页退出章目录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000~110周期地循环变化时,即可逐行扫描各字线,把字线W0~W7所存储的字母“R”的字形信息从位线D0~D4读出。使显示设备一行行的显示出图22.1.8(b)的字形。下一页返回上一页退出章目录22.2随机存取存储器随机存取存储器（RAM），它能随时从任何一个指定地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读/写存储器。优点：读/写方便缺点：信息容易丢失，一旦断电，所存储器的信息会随之消失，不利于数据的长期保存。下一页返回上一页退出章目录地址输入An-1A0A1地址译码器存储矩阵数据线读写/控制电路读/写控制(R/W)片选(CS)输入/输出I/O......22.2.1RAM的结构和工作原理图22.2.1RAM的结构框图下一页返回上一页退出章目录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”。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。3.读/写控制电路：当R/W=1时，执行读操作，R/W=0时，执行写操作。4.片选控制：当CS=0时，选中该片RAM工作，CS=1时该片RAM不工作。下一页返回上一页退出章目录22.2.2RAM芯片简介MOS型RAM静态RAM：管子数目多，功耗大，但只要不断电，信息就永久保存。动态RAM：集成度高，功耗小，但必须定期给电容补充电荷，以防存储信息的丢失。一般情况下，大容量的存储器使用动态RAM；小容量的存储器使用静态RAM。2114静态RAM的外引线排列图22.2.2。下一页返回上一页退出章目录9GNDCS8A27A16A05A34A43A52A61I/O0A9A8A7UCC121011141315161718I/O1I/O2I/O3R/W2114RAM图22.2.22114RAM外引线排列图容量：1024字4位地址线：A9~A0(210=1024)数据线：I/O3~I/O0下一页返回上一页退出章目录22.2.3RAM的扩展图22.2.32114RAM位数扩展将几片的地址端、R/W端、CS端并接在一起A9…A0R/WCSRAM2114(1)I/O3I/O7I/O6I/O2IO/5I/O1I/O4I/O0A9…A0R/WCSI/O3I/O2RAM2114(2)I/O1I/O0I/O0I/O3I/O2I/O1高四位低四位A9A0R/WCS地址码1.RAM位数的扩展下一页返回上一页退出章目录2.RAM字数的扩展A11~A0十二根地址线，组成4096字4位的RAM图22.2.32114RAM字数扩展...RAM21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4线译码器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCS下一页返回上一页退出章目录图22.2.3用四片2114RAM字数扩展...RAM21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4线译码器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCS00选中0下一页返回上一页退出章目录可编程逻辑器件（PLD）它是由用户自行定义功能（编程）的一类逻辑器件的总称。图22.3.1PLD的结构框图输入电路与阵列或阵列输出电路......22.3可编程逻辑器件下一页返回上一页退出章目录PLD中常用逻辑符号的含义在图(a)中,多个输入端“与”门只用一根输入线表示，称乘积线。输入变量A、B、C的输入线和乘积线的交点有三种情况：(1)黑点“•”表示该点为固定连接点，用户不能改变。(2)叉点“”表示该点为用户定义编程点，出厂时此点是接通的,用户可根据