(電子技術(shù)教學(xué)課件)ch10數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用

第十章數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用一、半導(dǎo)體存儲器二、可編程邏輯器件三、摸量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換量1第十章數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用一、半導(dǎo)體存儲器二、可編程邏輯器件三半導(dǎo)體存儲器概述

只讀存儲器(ROM)

讀寫存儲器(RAM)2半導(dǎo)體存儲器概述只讀存儲器(ROM)讀概述存儲器是用來存儲二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成電路，是進(jìn)一步完善數(shù)字系統(tǒng)功能的重要部件。它實際上是將大量存儲器按一定規(guī)律結(jié)合起來的整體，可以被比喻為一個由許多房間組成的大旅館。每個房間有一個號碼（地址碼），每個房間內(nèi)有一定內(nèi)容（一個二進(jìn)制數(shù)碼，又稱為一個“字”）。(2)讀寫存儲器(RAM)(1)只讀存儲器(ROM)半導(dǎo)體存儲器可分為兩大類：3概述存儲器是用來存儲二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成只讀存儲器(ROM)只讀存儲器在工作時其存儲內(nèi)容是固定不變的，因此，只能讀出，不能隨時寫入，所以稱為只讀存儲器。ROM的基本結(jié)構(gòu)及工作原理ROM主要由地址譯碼器、存儲矩陣和輸出電路三部分組成。下圖是一個最簡單的二極管ROM電路：ReadOnlyMemory...4只讀存儲器(ROM)只讀存儲器在工作時其存儲A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端輸出電路存儲矩陣字線位線5A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-V000011111111111000000001地址A1A0D3D2D1D0內(nèi)容位線A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端字線輸入任意一個地址碼，譯碼器就可使與之對應(yīng)的某條字線為高電平，進(jìn)而從位線上讀出四位輸出數(shù)字量。見書Ｐ2766000011111111111000000001地址A+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左圖是使用MOS管的ROM矩陣：有MOS管的單元存儲“0”，無MOS管的單元存儲“1”。P278簡化圖7+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左圖是使在前面介紹的兩種存儲器中，其存儲單元中的內(nèi)容在出廠時已被完全固定下來，使用時不能變動，稱為固定ROM。有一種可編程序的ROM，在出廠時全部存儲“1”，用戶可根據(jù)需要將某些單元改寫為“0”,然而只能改寫一次，稱其為PROM。字線位線熔斷絲若將熔絲燒斷，該單元則變成“0”。顯然，一旦燒斷后不能再恢復(fù)。8在前面介紹的兩種存儲器中，其存儲單元中的內(nèi)容在PROM中的內(nèi)容只能寫一次，有時仍嫌不方便，于是又發(fā)展了一種可以改寫多次的ROM，簡稱EPROM。它所存儲的信息可以用紫外線或X射線照射檫去，然后又可以重新編制信息。存儲容量是ROM的主要技術(shù)指標(biāo)之一，它一般用[存儲字?jǐn)?shù)：2N].[輸出位數(shù)：M]來表示(其中N為存儲器的地址線數(shù))。例如：128(字).8(位)、1024(字)8(位)等等。.9PROM中的內(nèi)容只能寫一次，有時仍嫌不方便，ROM的應(yīng)用舉例1.用于實現(xiàn)邏輯函數(shù)P27810ROM的應(yīng)用舉例1.用于實現(xiàn)邏輯函數(shù)P278102.ROM在波形發(fā)生器中的應(yīng)用ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963112.ROM在波形發(fā)生器中的應(yīng)用ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)tuo0ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296312tuo0ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34uoA1A3用ROM構(gòu)成字符發(fā)生器133用ROM構(gòu)成字符發(fā)生器13141415151616讀寫存儲器(RAM)讀寫存儲器又稱隨機(jī)存儲器。讀寫存儲器的特點是：在工作過程中，既可從存儲器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機(jī)存儲器，簡稱RAM。RandomAccessMemory...RAM按功能可分為靜態(tài)、動態(tài)兩類；RAM按所用器件又可分為雙極型和MOS型兩種。17讀寫存儲器(RAM)讀寫存儲器又稱隨機(jī)存儲器。W3W2W1W0地址譯碼器讀寫及輸入/輸出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D1D0D0存儲矩陣存儲器的整體結(jié)構(gòu)P283圖10-918W3W2W1W0地址譯碼器讀寫及輸入/輸出控制I/ORAM組件及其連接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管腳圖A2A711112141324A8D5D6D7RDWR19RAM組件及其連接12345678918171615141.擴(kuò)大RAM(如2114)的位數(shù)要達(dá)到這個目的方法很簡單，只要把各片地址線對應(yīng)連接在一起，而數(shù)據(jù)線并聯(lián)使用即可，示范接線如下圖：D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0......D6D5D4D1D3D2D0...CSR/WA0A92114(1)2114(2)用(兩片2114)1024×4構(gòu)成1024×8201.擴(kuò)大RAM(如2114)的位數(shù)要2.增加RAM(如2114)的字?jǐn)?shù)通過用1024×4(4片2114)構(gòu)成4096×4為例，介紹解決這類問題的辦法。(1).訪問4096個單元，必然有12根地址線；(2).訪問RAM2114，只需10根地址線，尚余2根地址線；(3).設(shè)法用剩余的2根地址線去控制4個2114的片選端。思路：212.增加RAM(如2114)的字?jǐn)?shù)通過CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D324譯碼器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y322CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1A11A10選中片序號對應(yīng)的存儲單元001110012114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000~10231024~20472048~30713072~409523A11A10選中片序號對應(yīng)的存儲單元00可編程邏輯器件二、可編程只讀存儲器(PROM)一、可編程邏輯器件的構(gòu)成三、可編程陣列邏輯PLA四、通用陣列邏輯GAL24可編程邏輯器件二、可編程只讀存儲器(PROM)一、可編程一、可編程邏輯器件的構(gòu)成每個器件的邏輯規(guī)模小，功耗相對比較大，用其構(gòu)成的系統(tǒng)布線復(fù)雜，占用PCB(PrintedCircuitBoard)板面積大。按邏輯功能數(shù)字芯片電路可分為:1.通用型:TTL74系列、CMOS4000系列等25一、可編程邏輯器件的構(gòu)成每個器件的邏輯規(guī)模小，功耗相對比按2.專用型：為專門限定的產(chǎn)品或應(yīng)用設(shè)計的產(chǎn)品ASIC-----ApplicationSpecificintegratedCircuit專用型比通用型用量少，因而設(shè)計成本與制造成本都高，262.專用型：為專門限定的產(chǎn)品或應(yīng)用設(shè)計ASIC-----ASIC全定制半定制PLD用戶不可改硬件的軟化設(shè)計3.CPLD--complex4.FPGA--FieldGate2.GAL--Generic1.PAL--Arraylogic27ASIC全定制半定制用戶不可改硬件的軟化設(shè)計3.CPLD硬件的軟化設(shè)計一個器件的邏輯功能可以通過編程來配置.28硬件的軟化設(shè)計一個器件的邏輯功能可以通過編程來28可編程器件的結(jié)構(gòu)：輸入電路“與”陣列“或”陣列輸出電路……29可編程器件的結(jié)構(gòu)：輸入電路“與”陣列“或”陣列輸出電路……2PLD中邏輯器件的符號:1.互補(bǔ)緩沖器AAA2.固定連接3.編程連接4.被擦除30PLD中邏輯器件的符號:1.互補(bǔ)緩沖器AAA2.固定連接3.5.與邏輯&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.或邏輯315.與邏輯&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.二、可編程只讀存儲器（PROM

）與陣列P287&&&&&&&&或陣列32二、可編程只讀存儲器（PROM）與陣列P287&&&&&&例：試用PROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)33例：試用PROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)33ROM:與陣列是固定的，是不可編程的，叫做完全譯碼器，如果有n位地址輸入，與陣列就必須存儲2n個最小項?；蜿嚵懈鶕?jù)需要是可編程的。ROM的缺點：不使用的最小項占用存儲容量。PLA特點:與陣列、或陣列都是可編程的，不使用的最小項不占用存儲容量。一、PLA的結(jié)構(gòu)與工作原理地址碼與陣列字線或陣列位線與陣列存放的不是最小項，而是與項。與項相加，可編程邏輯函數(shù)不用最小項之和表達(dá)式，而是用最簡與－或表達(dá)式。三、可編程邏輯陣列（PLA)34ROM:與陣列是固定的，是不可編程的，叫做完例：用PLA實現(xiàn)4位二進(jìn)制到格雷碼的轉(zhuǎn)換。ABCDWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000解：1、列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表2、寫出邏輯函數(shù)最簡與－或式。寫出與－或表達(dá)式有幾種方法？★卡諾圖法。★直接觀擦法。W=AX=A⊕BY=B⊕CZ=C⊕D地址譯碼器輸出字線是7個與項而不是最小項。令字線：W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6格雷碼輸出：35例：用PLA實現(xiàn)4位二進(jìn)制到格雷碼的轉(zhuǎn)換。ABCDWXYZ0★4個地址變量，八條線，原、反變量都需要?！镉袔讉€與項畫幾條字線。3、畫PLA陣列圖W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6與陣列存儲容量為：8X7=56或陣列存儲容量為：4X7=28總存儲容量為：84同樣一個碼制變換電路，ROM占用192個存儲單元，而PLA只占用84個存儲單元。用同樣的硅片面積PLA可以實現(xiàn)更多邏輯功能?！锘蜿嚵惺桥c項相加36★4個地址變量，八條線，原、反變量都需要?！镉袔讉€與項畫幾條同理：P291例６題圖是p290圖10-2037同理：P291例６題圖是p290圖10-2037數(shù)/模與模/數(shù)變換器一、概述二、D/A變換器三、A/D變換器38數(shù)/模與模/數(shù)變換器一、概述二、D/A變換器三、數(shù)/模與模/數(shù)變換器是計算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)/模變換器(簡稱D/A變換器);能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/數(shù)變換器(簡稱A/D變換器)。下面，對這兩個器件的工作原理及其簡單應(yīng)用做一些介紹是十分必要的。一、概述39數(shù)/模與模/數(shù)變換器是計算機(jī)與外部設(shè)備的重二、D/A變換器由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。D/A變換器的電路形式很多，這里只介紹兩種。40二、D/A變換器由于構(gòu)成數(shù)字代碼的1權(quán)電阻D/A變換器++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k這種變換器由“電子模擬開關(guān)”、“權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)”、“運算放大器”和“基準(zhǔn)電源”等部分組成。411權(quán)電阻D/A變換器++-AuoS2S3S1S0RR/2++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k電子模擬開關(guān)(S0~S3)是受二進(jìn)制數(shù)D0~D3控制并由電子器件構(gòu)成的開關(guān)。當(dāng)DK

＝1

時，則開關(guān)SK接到位置1上，將基準(zhǔn)電源UR經(jīng)電阻Rk引起的電流接到運算放大器的虛地點；當(dāng)Dk＝0時，開關(guān)Sk接到位置0，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運放。42++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1T1T2SDa模擬電子開關(guān)的簡化原理電路當(dāng)D=1時，T2管飽和導(dǎo)通，T1管截止，則S與a點通；當(dāng)D=0時，T1管飽和導(dǎo)通，T2管截止，則S被接地。前者相當(dāng)于開關(guān)S接到“1”端，后者則相當(dāng)于開關(guān)S接到“0

”端。43T1T2SDa模擬電子開關(guān)的簡化原理電路當(dāng)D=++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80kUo=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根據(jù)反相比例運算公式可得：顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。44++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R12T形解碼網(wǎng)絡(luò)D/A變換器(以4位為例)++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCD由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，使得上圖中D、C、B、A四點的電位逐位減半，下面分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓uo之間的關(guān)系:452T形解碼網(wǎng)絡(luò)D/A變換器(以4位為例)++-Auo3、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式單極性輸出方式：>0或者<0雙極性輸出方式:見p295463、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式單極性輸出方式：>0或者<0雙++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDUD=UDUc=UD/2UB=UD/4UA=UD/8即：因此，每個2R支路中的電流也逐位減半。47++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI=I3+I2+I1+I0UD2R=D3UD16RD0UD8RD1UD4RD2+++=UD16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=UDRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo-48++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R03D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。１）分辨率２）線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A變換器的線性度。把偏離理想的輸入－輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。３）輸出電壓(電流)的建立時間493D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓4集成電路D/A變換器DAC0832及其應(yīng)用D/A變換器集成電路有多種型號。下面僅以DAC0832為例來介紹集成電路D/A變換器。它是八位的D/A變換器,即在對其輸入八位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可以獲得相應(yīng)的模擬電壓值。下圖是它的內(nèi)部簡化電路框圖和管腳圖：504集成電路D/A變換器DAC0832及其應(yīng)用ADC0832簡化電路框圖八位寄存器(1)輸入八位寄存器(2)輸入八位變換器－＋＋URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0......1151ADC0832簡化電路框圖八位寄存器(1)輸入八位寄存器ADC0832管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout2123456789101918171615141312112052ADC0832管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5三、A/D變換器A/D變換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類型也比較多。下面介紹兩種A/D變換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。53三、A/D變換器A/D變換器的任務(wù)是將模擬1并聯(lián)比較型-++-++-++-++-++-++-++uxUsRRRRRRRRD2D1D0數(shù)字輸出AGFECDB編碼器7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8電路如左圖所示。它由三部分組成:分壓器、比較器和編碼器。這種A/D變換器的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度快，缺點是所需比較器數(shù)目多，位數(shù)越多矛盾越突出。541并聯(lián)比較型-++-++-++-++-++-++-++u比較器輸入E>ux>7E/87E/8>ux>6E/86E/8>ux>5E/85E/8>ux>4E/84E/8>ux>3E/83E/8>ux>2E/82E/8>ux>1E/81E/8>ux>0ABCDEFGD2D0D1編碼器輸出輸入電壓ux11111111111111110000111110000000000000000000000000000000001111111111111111111000邏輯狀態(tài)關(guān)系表55比較器輸入E>ux>7E/87E/8>u2逐次逼近型其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個砝碼共重15克，每個重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來秤量：砝碼重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝碼總重<待測重量Wx，故保留砝碼總重仍<待測重量Wx，故保留砝碼總重>待測重量Wx，故撤除砝碼總重＝待測重量Wx，故保留暫時結(jié)果8克12克12克13克

結(jié)論562逐次逼近型其工作原理可用天平秤重過程作－＋＋10001000A/Dux(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)uouc控制邏輯數(shù)碼寄存器移位寄存器時鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP、(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端57－＋＋10001000A/Dux(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)3A/D變換器的主要技術(shù)指標(biāo)一、分辨率：以輸出二進(jìn)制代碼的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，量化誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。二、轉(zhuǎn)換速度：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從它接到轉(zhuǎn)換命令起直到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時間。三、相對精度：實際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏差。四、其它：功率。電源電壓、電壓范圍等。583A/D變換器的主要技術(shù)指標(biāo)一、分辨率4集成電路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804及其應(yīng)用ADC0804是分辨率為八位的模數(shù)轉(zhuǎn)換組件,采用逐次逼近型工作原理。A/D變換組件也有多種型號可供選擇，如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等。使用者可根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行選擇。下面以ADC0804為例，介紹集成電路A/D變換器。594集成電路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804及其應(yīng)用++-++-11控制邏輯時鐘CP電阻網(wǎng)絡(luò)及電子開關(guān)數(shù)據(jù)寄存器移位寄存器八位三態(tài)輸出鎖存器Uin(+)Uin(-)UccUR/2AGND......D7D0WRCSINTRRDCSDAC0804內(nèi)部電路框圖60++-++-11控制邏輯時鐘CP電阻網(wǎng)絡(luò)及電子開關(guān)數(shù)據(jù)寄存CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/2DGND1234567891019181716151413121120RDCLKRCLKinINTRUin(+)Uin(-)DAC0804管腳分布圖61CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/~~轉(zhuǎn)換時間約100微秒~~~~~~~~~~CSWRINTRRD數(shù)據(jù)讀出ADC0804工作時序圖62~~轉(zhuǎn)換時間約100微秒~~~~~~~~~~CSWRIN控制端CSWRRDINTR對輸入模擬信號進(jìn)行A/D變換在WR上升沿后約100微秒變換完成。

RD=0時三態(tài)門接通外部總線,RD=1時三態(tài)門處于高阻態(tài)。當(dāng)A/D變換結(jié)束時，INTR自動變低以便通知其它設(shè)備(如計算機(jī))取結(jié)果，在RD前沿后INTR自動變高。讀出輸出數(shù)字信號中斷請求功能說明0063控制端CSWRRDINTR對輸入模擬信第十章數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用一、半導(dǎo)體存儲器二、可編程邏輯器件三、摸量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換量64第十章數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用一、半導(dǎo)體存儲器二、可編程邏輯器件三半導(dǎo)體存儲器概述

只讀存儲器(ROM)

讀寫存儲器(RAM)65半導(dǎo)體存儲器概述只讀存儲器(ROM)讀概述存儲器是用來存儲二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成電路，是進(jìn)一步完善數(shù)字系統(tǒng)功能的重要部件。它實際上是將大量存儲器按一定規(guī)律結(jié)合起來的整體，可以被比喻為一個由許多房間組成的大旅館。每個房間有一個號碼（地址碼），每個房間內(nèi)有一定內(nèi)容（一個二進(jìn)制數(shù)碼，又稱為一個“字”）。(2)讀寫存儲器(RAM)(1)只讀存儲器(ROM)半導(dǎo)體存儲器可分為兩大類：66概述存儲器是用來存儲二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成只讀存儲器(ROM)只讀存儲器在工作時其存儲內(nèi)容是固定不變的，因此，只能讀出，不能隨時寫入，所以稱為只讀存儲器。ROM的基本結(jié)構(gòu)及工作原理ROM主要由地址譯碼器、存儲矩陣和輸出電路三部分組成。下圖是一個最簡單的二極管ROM電路：ReadOnlyMemory...67只讀存儲器(ROM)只讀存儲器在工作時其存儲A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端輸出電路存儲矩陣字線位線68A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-V000011111111111000000001地址A1A0D3D2D1D0內(nèi)容位線A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端字線輸入任意一個地址碼，譯碼器就可使與之對應(yīng)的某條字線為高電平，進(jìn)而從位線上讀出四位輸出數(shù)字量。見書Ｐ27669000011111111111000000001地址A+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左圖是使用MOS管的ROM矩陣：有MOS管的單元存儲“0”，無MOS管的單元存儲“1”。P278簡化圖70+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左圖是使在前面介紹的兩種存儲器中，其存儲單元中的內(nèi)容在出廠時已被完全固定下來，使用時不能變動，稱為固定ROM。有一種可編程序的ROM，在出廠時全部存儲“1”，用戶可根據(jù)需要將某些單元改寫為“0”,然而只能改寫一次，稱其為PROM。字線位線熔斷絲若將熔絲燒斷，該單元則變成“0”。顯然，一旦燒斷后不能再恢復(fù)。71在前面介紹的兩種存儲器中，其存儲單元中的內(nèi)容在PROM中的內(nèi)容只能寫一次，有時仍嫌不方便，于是又發(fā)展了一種可以改寫多次的ROM，簡稱EPROM。它所存儲的信息可以用紫外線或X射線照射檫去，然后又可以重新編制信息。存儲容量是ROM的主要技術(shù)指標(biāo)之一，它一般用[存儲字?jǐn)?shù)：2N].[輸出位數(shù)：M]來表示(其中N為存儲器的地址線數(shù))。例如：128(字).8(位)、1024(字)8(位)等等。.72PROM中的內(nèi)容只能寫一次，有時仍嫌不方便，ROM的應(yīng)用舉例1.用于實現(xiàn)邏輯函數(shù)P27873ROM的應(yīng)用舉例1.用于實現(xiàn)邏輯函數(shù)P278102.ROM在波形發(fā)生器中的應(yīng)用ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963742.ROM在波形發(fā)生器中的應(yīng)用ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)tuo0ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296375tuo0ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34uoA1A3用ROM構(gòu)成字符發(fā)生器763用ROM構(gòu)成字符發(fā)生器13771478157916讀寫存儲器(RAM)讀寫存儲器又稱隨機(jī)存儲器。讀寫存儲器的特點是：在工作過程中，既可從存儲器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機(jī)存儲器，簡稱RAM。RandomAccessMemory...RAM按功能可分為靜態(tài)、動態(tài)兩類；RAM按所用器件又可分為雙極型和MOS型兩種。80讀寫存儲器(RAM)讀寫存儲器又稱隨機(jī)存儲器。W3W2W1W0地址譯碼器讀寫及輸入/輸出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D1D0D0存儲矩陣存儲器的整體結(jié)構(gòu)P283圖10-981W3W2W1W0地址譯碼器讀寫及輸入/輸出控制I/ORAM組件及其連接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管腳圖A2A711112141324A8D5D6D7RDWR82RAM組件及其連接12345678918171615141.擴(kuò)大RAM(如2114)的位數(shù)要達(dá)到這個目的方法很簡單，只要把各片地址線對應(yīng)連接在一起，而數(shù)據(jù)線并聯(lián)使用即可，示范接線如下圖：D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0......D6D5D4D1D3D2D0...CSR/WA0A92114(1)2114(2)用(兩片2114)1024×4構(gòu)成1024×8831.擴(kuò)大RAM(如2114)的位數(shù)要2.增加RAM(如2114)的字?jǐn)?shù)通過用1024×4(4片2114)構(gòu)成4096×4為例，介紹解決這類問題的辦法。(1).訪問4096個單元，必然有12根地址線；(2).訪問RAM2114，只需10根地址線，尚余2根地址線；(3).設(shè)法用剩余的2根地址線去控制4個2114的片選端。思路：842.增加RAM(如2114)的字?jǐn)?shù)通過CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D324譯碼器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y385CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1A11A10選中片序號對應(yīng)的存儲單元001110012114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000~10231024~20472048~30713072~409586A11A10選中片序號對應(yīng)的存儲單元00可編程邏輯器件二、可編程只讀存儲器(PROM)一、可編程邏輯器件的構(gòu)成三、可編程陣列邏輯PLA四、通用陣列邏輯GAL87可編程邏輯器件二、可編程只讀存儲器(PROM)一、可編程一、可編程邏輯器件的構(gòu)成每個器件的邏輯規(guī)模小，功耗相對比較大，用其構(gòu)成的系統(tǒng)布線復(fù)雜，占用PCB(PrintedCircuitBoard)板面積大。按邏輯功能數(shù)字芯片電路可分為:1.通用型:TTL74系列、CMOS4000系列等88一、可編程邏輯器件的構(gòu)成每個器件的邏輯規(guī)模小，功耗相對比按2.專用型：為專門限定的產(chǎn)品或應(yīng)用設(shè)計的產(chǎn)品ASIC-----ApplicationSpecificintegratedCircuit專用型比通用型用量少，因而設(shè)計成本與制造成本都高，892.專用型：為專門限定的產(chǎn)品或應(yīng)用設(shè)計ASIC-----ASIC全定制半定制PLD用戶不可改硬件的軟化設(shè)計3.CPLD--complex4.FPGA--FieldGate2.GAL--Generic1.PAL--Arraylogic90ASIC全定制半定制用戶不可改硬件的軟化設(shè)計3.CPLD硬件的軟化設(shè)計一個器件的邏輯功能可以通過編程來配置.91硬件的軟化設(shè)計一個器件的邏輯功能可以通過編程來28可編程器件的結(jié)構(gòu)：輸入電路“與”陣列“或”陣列輸出電路……92可編程器件的結(jié)構(gòu)：輸入電路“與”陣列“或”陣列輸出電路……2PLD中邏輯器件的符號:1.互補(bǔ)緩沖器AAA2.固定連接3.編程連接4.被擦除93PLD中邏輯器件的符號:1.互補(bǔ)緩沖器AAA2.固定連接3.5.與邏輯&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.或邏輯945.與邏輯&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.二、可編程只讀存儲器（PROM

）與陣列P287&&&&&&&&或陣列95二、可編程只讀存儲器（PROM）與陣列P287&&&&&&例：試用PROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)96例：試用PROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)33ROM:與陣列是固定的，是不可編程的，叫做完全譯碼器，如果有n位地址輸入，與陣列就必須存儲2n個最小項。或陣列根據(jù)需要是可編程的。ROM的缺點：不使用的最小項占用存儲容量。PLA特點:與陣列、或陣列都是可編程的，不使用的最小項不占用存儲容量。一、PLA的結(jié)構(gòu)與工作原理地址碼與陣列字線或陣列位線與陣列存放的不是最小項，而是與項。與項相加，可編程邏輯函數(shù)不用最小項之和表達(dá)式，而是用最簡與－或表達(dá)式。三、可編程邏輯陣列（PLA)97ROM:與陣列是固定的，是不可編程的，叫做完例：用PLA實現(xiàn)4位二進(jìn)制到格雷碼的轉(zhuǎn)換。ABCDWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000解：1、列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表2、寫出邏輯函數(shù)最簡與－或式。寫出與－或表達(dá)式有幾種方法？★卡諾圖法?！镏苯佑^擦法。W=AX=A⊕BY=B⊕CZ=C⊕D地址譯碼器輸出字線是7個與項而不是最小項。令字線：W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6格雷碼輸出：98例：用PLA實現(xiàn)4位二進(jìn)制到格雷碼的轉(zhuǎn)換。ABCDWXYZ0★4個地址變量，八條線，原、反變量都需要?！镉袔讉€與項畫幾條字線。3、畫PLA陣列圖W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6與陣列存儲容量為：8X7=56或陣列存儲容量為：4X7=28總存儲容量為：84同樣一個碼制變換電路，ROM占用192個存儲單元，而PLA只占用84個存儲單元。用同樣的硅片面積PLA可以實現(xiàn)更多邏輯功能?！锘蜿嚵惺桥c項相加99★4個地址變量，八條線，原、反變量都需要。★有幾個與項畫幾條同理：P291例６題圖是p290圖10-20100同理：P291例６題圖是p290圖10-2037數(shù)/模與模/數(shù)變換器一、概述二、D/A變換器三、A/D變換器101數(shù)/模與模/數(shù)變換器一、概述二、D/A變換器三、數(shù)/模與模/數(shù)變換器是計算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)/模變換器(簡稱D/A變換器);能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/數(shù)變換器(簡稱A/D變換器)。下面，對這兩個器件的工作原理及其簡單應(yīng)用做一些介紹是十分必要的。一、概述102數(shù)/模與模/數(shù)變換器是計算機(jī)與外部設(shè)備的重二、D/A變換器由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。D/A變換器的電路形式很多，這里只介紹兩種。103二、D/A變換器由于構(gòu)成數(shù)字代碼的1權(quán)電阻D/A變換器++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k這種變換器由“電子模擬開關(guān)”、“權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)”、“運算放大器”和“基準(zhǔn)電源”等部分組成。1041權(quán)電阻D/A變換器++-AuoS2S3S1S0RR/2++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k電子模擬開關(guān)(S0~S3)是受二進(jìn)制數(shù)D0~D3控制并由電子器件構(gòu)成的開關(guān)。當(dāng)DK

＝1

時，則開關(guān)SK接到位置1上，將基準(zhǔn)電源UR經(jīng)電阻Rk引起的電流接到運算放大器的虛地點；當(dāng)Dk＝0時，開關(guān)Sk接到位置0，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運放。105++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1T1T2SDa模擬電子開關(guān)的簡化原理電路當(dāng)D=1時，T2管飽和導(dǎo)通，T1管截止，則S與a點通；當(dāng)D=0時，T1管飽和導(dǎo)通，T2管截止，則S被接地。前者相當(dāng)于開關(guān)S接到“1”端，后者則相當(dāng)于開關(guān)S接到“0

”端。106T1T2SDa模擬電子開關(guān)的簡化原理電路當(dāng)D=++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80kUo=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根據(jù)反相比例運算公式可得：顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。107++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R12T形解碼網(wǎng)絡(luò)D/A變換器(以4位為例)++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCD由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，使得上圖中D、C、B、A四點的電位逐位減半，下面分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓uo之間的關(guān)系:1082T形解碼網(wǎng)絡(luò)D/A變換器(以4位為例)++-Auo3、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式單極性輸出方式：>0或者<0雙極性輸出方式:見p2951093、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式單極性輸出方式：>0或者<0雙++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDUD=UDUc=UD/2UB=UD/4UA=UD/8即：因此，每個2R支路中的電流也逐位減半。110++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI=I3+I2+I1+I0UD2R=D3UD16RD0UD8RD1UD4RD2+++=UD16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=UDRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo-111++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R03D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。１）分辨率２）線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A變換器的線性度。把偏離理想的輸入－輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。３）輸出電壓(電流)的建立時間1123D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓4集成電路D/A變換器DAC0832及其應(yīng)用D/A變換器集成電路有多種型號。下面僅以DAC0832為例來介紹集成電路D/A變換器。它是八位的D/A變換器,即在對其輸入八位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可以獲得相應(yīng)的模擬電壓值。下圖是它的內(nèi)部簡化電路框圖和管腳圖：1134集成電路D/A變換器DAC0832及其應(yīng)用ADC0832簡化電路框圖八位寄存器(1)輸入八位寄存器(2)輸入八位變換器－＋＋URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0......11114ADC0832簡化電路框圖八位寄存器(1)輸入八位寄存器ADC0832管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120115ADC0832管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5三、A/D變換器A/D變換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類型也比較多。下面介紹兩種A/D變換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。116三、A/D變換器A/D變換器的任務(wù)