數(shù)字電子技術(shù)第九章的(徐麗香_第二版)ppt課件

1、第9單元 大規(guī)模集成電路及其應(yīng)用 通常這一單元的學習，可以掌握的知識有：通常這一單元的學習，可以掌握的知識有：1半導體存儲器的類型。半導體存儲器的類型。2RAM和和ROM的特點。的特點。3掌握掌握RAM和和ROM的運用方法。的運用方法。學習要求學習要求存儲器存儲器用以存儲二進制信息的器件。用以存儲二進制信息的器件。1半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類 ：根據(jù)使用功能的不同，半導體存儲器可分為兩大類：根據(jù)使用功能的不同，半導體存儲器可分為兩大類：（1隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM也叫做讀也叫做讀/寫存儲寫存儲器。既能方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時寫入新器。既能方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時寫入

2、新的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。RAM的缺點是數(shù)據(jù)易失，即一旦掉電，的缺點是數(shù)據(jù)易失，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。所存的數(shù)據(jù)全部丟失。（2只讀存儲器只讀存儲器ROM）。存儲的數(shù)據(jù)不會因斷）。存儲的數(shù)據(jù)不會因斷電而消失，即具有非易失性。電而消失，即具有非易失性。根據(jù)輸入根據(jù)輸入/輸出方式來分，半導體存儲器可分為兩輸出方式來分，半導體存儲器可分為兩大類：大類：串行和并行。串行和并行。91半導體存儲器概述半導體存儲器概述 2存儲器的主要指標存儲器的主要指標 （1存儲器的容量：存儲器的容量存儲器的容量：存儲器的容量=2nm(bit)n：地址線總數(shù)，：地址線總數(shù)， 2n 稱為字線數(shù)。稱為字線數(shù)。m每一地址單元存儲

3、每一地址單元存儲m位二值數(shù)，位二值數(shù)，又 稱 為 位 線 數(shù) 。又 稱 為 位 線 數(shù) 。 8 位 為 一 字 節(jié) ，位 為 一 字 節(jié) ， 2 1 0 = 1 0 2 4 = 1 K , 220=1024K=1M, 230=1024M=1G例 ：例 ： 1 1 根 地 址 線 ，根 地 址 線 ， 8 根 數(shù) 據(jù) 線 根 數(shù) 據(jù) 線 8 位 輸 出 ） ， 容 量 為位 輸 出 ） ， 容 量 為2118=16Kb=2KB(2)存取時間存取時間接收到尋址信號到讀接收到尋址信號到讀/寫數(shù)據(jù)為止。寫數(shù)據(jù)為止。921 存儲器的結(jié)構(gòu)存儲器的結(jié)構(gòu) 9.2 存儲器的結(jié)構(gòu)和工作原理存儲器的結(jié)構(gòu)和工作原理

4、存儲器的電路結(jié)構(gòu)存儲器的電路結(jié)構(gòu)922 存儲器的工作原理存儲器的工作原理 以一個以一個22224 4的存儲器為例進行說明。它有二根地的存儲器為例進行說明。它有二根地址線址線A1A1、A0A0，四根數(shù)據(jù)線，四根數(shù)據(jù)線D3 D0D3 D0。二根地址線有四種。二根地址線有四種地址組合，假設(shè)對應(yīng)輸出數(shù)據(jù)如表。地址組合，假設(shè)對應(yīng)輸出數(shù)據(jù)如表。 存儲器的模擬結(jié)構(gòu)如圖存儲器的模擬結(jié)構(gòu)如圖存存儲儲器器MD3D2D1D0A1A09.2.3. 9.2.3. 存儲器的工作時存儲器的工作時序序 ADD CS I/O t t t RC ACS AA （地址） 讀出單元的地址 輸出數(shù)據(jù) 存儲器讀操作時序圖存儲器讀操作時序

5、圖 存儲器寫操作時序圖存儲器寫操作時序圖 t WC 寫入單元的地址 ADD t WP CS R/W I/O 寫入數(shù)據(jù) AS t WR t DW t DH t 1掩膜存儲器掩膜存儲器.廠家把數(shù)據(jù)寫入存儲器中，用戶無廠家把數(shù)據(jù)寫入存儲器中，用戶無法進行任何修改。法進行任何修改。2一次性可編程只讀存儲器一次性可編程只讀存儲器PROM） 。出廠時，。出廠時，存儲內(nèi)容全為存儲內(nèi)容全為1或全為或全為0），用戶可根據(jù)自己的），用戶可根據(jù)自己的需要編程，但只能編程一次。需要編程，但只能編程一次。93 只讀存儲器只讀存儲器 按照數(shù)據(jù)寫入方式特點不同，按照數(shù)據(jù)寫入方式特點不同，ROM可分為可分為以下幾種：以下幾種

6、：931 常用常用ROM介紹介紹 3紫外線可擦除紫外線可擦除EPROM(Ultraviolet PROM) 。其內(nèi)容可通過紫外線照射而被擦除，可多次編其內(nèi)容可通過紫外線照射而被擦除，可多次編程。程。4電可擦電可擦E2PROMElectrically PROM ，簡稱，簡稱E2PROM） ?？捎秒姴脸⑶也脸乃俣纫?。可用電擦除，并且擦除的速度要快的多一般為毫秒數(shù)量級）。的多一般為毫秒數(shù)量級）。E2PROM的電擦除的電擦除過程就是改寫過程，它具有過程就是改寫過程，它具有ROM的非易失性，又的非易失性，又具備類似具備類似RAM的功能，可以隨時改寫可重復(fù)擦的功能，可以隨時改寫可重復(fù)擦寫寫1萬次以

7、上）。萬次以上）。5快閃存儲器快閃存儲器Flash Memory）.也是采用浮柵型也是采用浮柵型MOS管，存儲器中數(shù)據(jù)的擦除和寫入是分開進行管，存儲器中數(shù)據(jù)的擦除和寫入是分開進行的，數(shù)據(jù)寫入方式與的，數(shù)據(jù)寫入方式與EPROM相同，一般一只芯片相同，一般一只芯片可以擦除可以擦除/寫入寫入100次以上。次以上。可擦除可編程ROM932 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 1.用于查表的表格用于查表的表格 數(shù)學運算是數(shù)控裝置和數(shù)字系統(tǒng)中需要經(jīng)常進行的操作，如果事先把要用到的基數(shù)學運算是數(shù)控裝置和數(shù)字系統(tǒng)中需要經(jīng)常進行的操作，如果事先把要用到的基本函數(shù)變量在一定范圍內(nèi)的取值和相應(yīng)的函數(shù)取值列成表格，寫入只讀存儲器中，則

8、在需要本函數(shù)變量在一定范圍內(nèi)的取值和相應(yīng)的函數(shù)取值列成表格，寫入只讀存儲器中，則在需要時只要給出規(guī)定時只要給出規(guī)定“地址就可以快速地得到相應(yīng)的函數(shù)值。這種地址就可以快速地得到相應(yīng)的函數(shù)值。這種ROMROM，實際上已經(jīng)成為函數(shù)運，實際上已經(jīng)成為函數(shù)運算表電路。算表電路。 存儲器很經(jīng)常用于當作存儲數(shù)據(jù)的表格，因為輸入地址，存儲器很經(jīng)常用于當作存儲數(shù)據(jù)的表格，因為輸入地址，就可輸出存儲在該地址單元的數(shù)據(jù)輸出。就可輸出存儲在該地址單元的數(shù)據(jù)輸出。 2實現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù)實現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù) 3字符顯示字符顯示 字符發(fā)生器常用于顯示終端、打印機及其他一些數(shù)字裝置。將各種字母、數(shù)字等字字符發(fā)生器常用于顯示

9、終端、打印機及其他一些數(shù)字裝置。將各種字母、數(shù)字等字符事先存儲在符事先存儲在ROMROM的存儲矩陣中，再以適當方式給出地址碼，某個字符就能讀出，并驅(qū)的存儲矩陣中，再以適當方式給出地址碼，某個字符就能讀出，并驅(qū)動顯示器進行顯示動顯示器進行顯示 下圖用下圖用ROMROM構(gòu)成字母構(gòu)成字母“T T的原理。的原理。 9.3.5 常用的常用的E2PROM舉舉例例 28648K8位是常用的位是常用的E2PROM芯片，其容量是芯片，其容量是8K8位，即位，即8K字節(jié)。它有字節(jié)。它有13根地址根地址線線213=8210），）， 8根輸出線，根輸出線，它與同容量的它與同容量的EPROM2764是是兼容的。外引線如

10、圖兼容的。外引線如圖9.13。 94 隨機存儲器隨機存儲器RAM RAMRAM的優(yōu)點：讀、寫方便，使用靈活；缺的優(yōu)點：讀、寫方便，使用靈活；缺點：數(shù)據(jù)易失即一旦停電以后所存儲的點：數(shù)據(jù)易失即一旦停電以后所存儲的數(shù)據(jù)將隨之丟失）。數(shù)據(jù)將隨之丟失）。 分類：靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器分類：靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器應(yīng)用：靜態(tài)存儲器由于速度快可用于計算應(yīng)用：靜態(tài)存儲器由于速度快可用于計算機的顯卡的內(nèi)存，動態(tài)存儲器容量大用于機的顯卡的內(nèi)存，動態(tài)存儲器容量大用于計算機的內(nèi)存條。計算機的內(nèi)存條。1靜態(tài)隨機存儲器靜態(tài)隨機存儲器SRAM） 靜態(tài)隨機存儲靜態(tài)隨機存儲器是有自保持功器是有自保持功能的能的RAMRAM。 右

11、圖是典型右圖是典型的六管靜態(tài)存儲的六管靜態(tài)存儲單元。它的特點單元。它的特點是存儲單元有自是存儲單元有自保持功能，功耗保持功能，功耗高，成本高。高，成本高。 2動態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器DRAM） 動態(tài)隨機存儲器是需要刷新存儲器。動態(tài)隨機存儲器是需要刷新存儲器。 單管動態(tài)存儲器是最典型的單管動態(tài)存儲器是最典型的動態(tài)隨機存儲器，其存儲單元的動態(tài)隨機存儲器，其存儲單元的結(jié)構(gòu)如圖。結(jié)構(gòu)如圖。 3SRAM6264簡介簡介 6264 6264是雙列直插是雙列直插CMOSCMOS靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM。右圖所示是其外。右圖所示是其外引線圖，它的外接線和存引線圖，它的外接線和存儲器同為儲器同為8K8K8 8位

12、的位的E2PROM2864E2PROM2864的引線結(jié)構(gòu)非的引線結(jié)構(gòu)非常相似。常相似。 95可編程邏輯器件可編程邏輯器件PLD簡介簡介 可編程邏輯器件可編程邏輯器件Programmable Programmable Logic DeviceLogic Device，簡稱，簡稱PLDPLD是一種半定制是一種半定制性質(zhì)的專用集成電路，用戶在使用前可性質(zhì)的專用集成電路，用戶在使用前可對它進行編程，自行配置各種邏輯功能。對它進行編程，自行配置各種邏輯功能。 951 概述概述PLD的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)可編程邏輯器件的分類可編程邏輯器件的分類n可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列Programmable Logi

13、c Array Programmable Logic Array ，縮，縮寫為寫為PLAPLA）、可編程陣列邏輯（）、可編程陣列邏輯（ Programmable Programmable Array LogicArray Logic，縮寫為，縮寫為PALPAL）、通用陣列邏輯）、通用陣列邏輯Generic Array LogicGeneric Array Logic，縮寫為，縮寫為GALGAL）、復(fù)雜可編）、復(fù)雜可編程邏輯器件程邏輯器件Complex Programmable Logic Complex Programmable Logic Device Device ，縮寫為，縮寫為CPLD

14、CPLD等類型。等類型。 952 PLD器件的描述規(guī)則器件的描述規(guī)則 其中其中“”表示已由生產(chǎn)廠家連接好，不可編程，表示已由生產(chǎn)廠家連接好，不可編程，“”表示可表示可編程連接，用戶可以在編程是將不需要的編程連接，用戶可以在編程是將不需要的“”去掉去掉 PLD與、或門表示方法與、或門表示方法 PLD連接點表示符號連接點表示符號 邏輯門電路與邏輯門電路與PLDPLD電路比較示意圖電路比較示意圖 953 PLD的開發(fā)環(huán)境的開發(fā)環(huán)境 nPLD的開發(fā)需要在開發(fā)系統(tǒng)的支持下進行。開的開發(fā)需要在開發(fā)系統(tǒng)的支持下進行。開發(fā)系統(tǒng)的硬件部分由計算機和編程器組成，軟發(fā)系統(tǒng)的硬件部分由計算機和編程器組成，軟件部分由專

15、用的編程語言和相應(yīng)的編程軟件構(gòu)件部分由專用的編程語言和相應(yīng)的編程軟件構(gòu)成。成。 n普通普通PLD器件的開發(fā)通常包括邏輯設(shè)計、選擇器件的開發(fā)通常包括邏輯設(shè)計、選擇器件和編寫關(guān)于器件編程信息的標準格式文件器件和編寫關(guān)于器件編程信息的標準格式文件JEDEC文件），然后把它文件），然后把它JEDGC文件下載文件下載到編程器，對器件進行編程，編程完成后還要到編程器，對器件進行編程，編程完成后還要進行邏輯功能測試，測試通過的器件再插入印進行邏輯功能測試，測試通過的器件再插入印刷板使用。刷板使用。 第四代第四代PLD可以在線編程?？梢栽诰€編程。想一想：如果要學習想一想：如果要學習PLDPLD的應(yīng)用，應(yīng)如何進

16、行？的應(yīng)用，應(yīng)如何進行？ 9.6.1 波形產(chǎn)生電路波形產(chǎn)生電路 96 大規(guī)模集成電路的綜合應(yīng)用大規(guī)模集成電路的綜合應(yīng)用 產(chǎn)生產(chǎn)生8 8種波形的電路種波形的電路 （1時鐘發(fā)生器時鐘發(fā)生器 nCD4060是是14位二進制串行計數(shù)器，只位二進制串行計數(shù)器，只要配與要配與2MHz晶振就可以產(chǎn)生晶振就可以產(chǎn)生2MHz的脈的脈沖信號，它自帶計數(shù)分頻器，可以得到?jīng)_信號，它自帶計數(shù)分頻器，可以得到f=2MHz/2n(n=410，12，13，14)輸出不同頻率的信號。用輸出不同頻率的信號。用4分頻時，分頻時，f=2MHz/24=125000Hz的輸出。的輸出。 （2地址計數(shù)器的組成地址計數(shù)器的組成 n12位二進

17、制計數(shù)器位二進制計數(shù)器74HC4040有有Q0Q11位輸出，其中只選位輸出，其中只選Q0Q9輸輸出端連到出端連到E2PROM的地址的地址A0A9，一個，一個完整波形的地址空間完整波形的地址空間000H3FFH） 。n存儲器三位高地址存儲器三位高地址A10A12 選波形。選波形。（3E2PROM nE2PROM中的波形數(shù)據(jù)用專用的編程器寫入。中的波形數(shù)據(jù)用專用的編程器寫入。在編程時按指定地址寫入數(shù)據(jù)，把編程器與計在編程時按指定地址寫入數(shù)據(jù)，把編程器與計算機的打印機接口相連，然后設(shè)置為寫入狀態(tài)，算機的打印機接口相連，然后設(shè)置為寫入狀態(tài)，就能按程序?qū)懭霐?shù)據(jù)了。就能按程序?qū)懭霐?shù)據(jù)了。 （4數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)

18、據(jù)鎖存器 n74HC574鎖存器的引腳圖和功能表如圖所示。鎖存器的引腳圖和功能表如圖所示。加入鎖存器的作用是在存儲器從地址有效到數(shù)加入鎖存器的作用是在存儲器從地址有效到數(shù)據(jù)輸出的時間間隔內(nèi)避免對后級轉(zhuǎn)換的影響。據(jù)輸出的時間間隔內(nèi)避免對后級轉(zhuǎn)換的影響。（5D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 nD/A轉(zhuǎn)換是將轉(zhuǎn)換是將74HC374輸出的數(shù)字信輸出的數(shù)字信號變換成模擬信號號變換成模擬信號 D/A轉(zhuǎn)換示意圖：轉(zhuǎn)換示意圖： n通過調(diào)節(jié)電位器通過調(diào)節(jié)電位器W改變輸出幅度，通過改變輸出幅度，通過選取選取14級計數(shù)器級計數(shù)器(4060)的不同輸出可以的不同輸出可以改變輸出波形的頻率。改變輸出波形的頻率。交直流輸出波形交直流輸出波

19、形 (6)存儲數(shù)據(jù)設(shè)計存儲數(shù)據(jù)設(shè)計 存儲器的敷據(jù)設(shè)計與存儲器的敷據(jù)設(shè)計與DA轉(zhuǎn)換精度和輸出波形轉(zhuǎn)換精度和輸出波形形狀有關(guān)。形狀有關(guān)。 設(shè)輸出波形設(shè)輸出波形為右圖所示的正為右圖所示的正弦波形時，可以弦波形時，可以把波形分成四個把波形分成四個區(qū)間區(qū)間090090，9018090180，180180270270，270270360360。962 霓虹燈控制電路霓虹燈控制電路 振蕩分頻電路，輸振蕩分頻電路，輸出信號作為存儲器出信號作為存儲器的地址信號的地址信號存儲器芯片，存儲器芯片，存儲控制燈存儲控制燈變化的程序變化的程序本單元學習指導本單元學習指導 n本單元主要介紹存儲二值數(shù)據(jù)的半導體存儲器件只本單

20、元主要介紹存儲二值數(shù)據(jù)的半導體存儲器件只讀存儲器讀存儲器ROM和隨機存儲器和隨機存儲器RAM）。）。n只讀存儲器在斷電時數(shù)據(jù)不會丟失。只讀存儲器分只讀存儲器在斷電時數(shù)據(jù)不會丟失。只讀存儲器分為：為：1、掩膜、掩膜ROM；2、一次可編程、一次可編程ROMOTPROM）；）；3、可擦除可編程、可擦除可編程ROMEPROM）。而可擦除可編程）。而可擦除可編程ROM又分為紫外線又分為紫外線可擦除可擦除EPROM、E2PROM和快閃存儲器。和快閃存儲器。n隨機存儲器存、取非常方便，但它的數(shù)據(jù)在斷隨機存儲器存、取非常方便，但它的數(shù)據(jù)在斷電時會丟失。隨機存儲器可以分為靜態(tài)存儲器電時會丟失。隨機存儲器可以分為

21、靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器。靜態(tài)存儲器適用于一些要求存和動態(tài)存儲器。靜態(tài)存儲器適用于一些要求存儲速度快的場合，而動態(tài)存儲器適用于存儲量儲速度快的場合，而動態(tài)存儲器適用于存儲量大的場合。大的場合。n本單元還簡介了通用陣列邏輯的一些基本知識本單元還簡介了通用陣列邏輯的一些基本知識.n注意：所有存儲器的外接線都是由電源線、數(shù)注意：所有存儲器的外接線都是由電源線、數(shù)據(jù)線、地址線和控制線構(gòu)成。不同芯片的控制據(jù)線、地址線和控制線構(gòu)成。不同芯片的控制線引線名稱可能有所不同，功能基本相同。線引線名稱可能有所不同，功能基本相同。 本單元學習指導本單元學習指導 實驗九實驗九 霓虹燈控制電路霓虹燈控制電路 一實驗?zāi)康囊粚嶒災(zāi)康?（1理解存儲器各引腳的功能。掌握集成電路理解存儲器各引腳的功能。掌握集成電路2864的使用方法。的使用方法。（2掌握存儲器的有關(guān)地址、數(shù)據(jù)和信號傳送等概掌握存儲器的有關(guān)地址、數(shù)據(jù)和信號傳送等概念。念。（3掌握編程器的使用。掌握編程器的使用。 二實驗儀器及材料二實驗儀器及材料 8K8位位E2PROM 2864 （或（或2K8位位E2PROM 2816）（一塊）（一塊）內(nèi)含振蕩器的內(nèi)含振蕩器的14位串行二進制計數(shù)器位串行二進制計數(shù)器4060 （一塊）（一塊）按鍵開關(guān)按鍵開關(guān) （1個）個）