數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程（第2版）教案 項(xiàng)目7　流水燈控制電路的制作

教師備課紙第頁課題7.1存儲器概述7.2只讀存儲器7.3隨機(jī)存取存儲器課型講授授課班級集成電路23C1授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1．掌握存儲器的分類；2.掌握只讀存儲器的結(jié)構(gòu)原理，會利用只讀存儲器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)；教學(xué)重點(diǎn)利用只讀存儲器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)；RAM存儲容量的擴(kuò)展。教學(xué)難點(diǎn)只讀存儲器的工作原理；RAM存儲容量的擴(kuò)展。學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)過組合邏輯函數(shù)的表示方法等教學(xué)效果一般教后記內(nèi)容比較枯草，今天將研究如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)這部分知識的興趣。半導(dǎo)體存儲器概述存儲器是用以存儲一系列二進(jìn)制數(shù)碼的大規(guī)模集成器件，具有存儲容量大、體積小、功耗低、存取速度快、使用壽命長等特點(diǎn)。存儲器的種類很多，按功能可以分為只讀存儲器、隨機(jī)存取存儲?器。ROM和RAM同是用于存儲器，但性能不同，兩者結(jié)構(gòu)也完全不同。ROM主要由與陣列、或陣列和輸入、輸出緩沖級等電路構(gòu)成，它是一種大規(guī)模的組合邏輯電路，而RAM是由譯碼器、存儲器和讀/寫控制電路組成，它屬于大規(guī)模時(shí)序邏輯電路。二、只讀存儲器(ROM)（1）只讀存儲器?ROM（Read-OnlyMemory），其內(nèi)容一般是固定不變的，它預(yù)先將信息寫入存儲器中，在正常工作狀態(tài)下只能讀出數(shù)據(jù)，不能寫入數(shù)據(jù)。ROM?的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，而且在斷電后數(shù)據(jù)不會丟失，常用來存放固定的資料及程?序。D1DM-1D1DM-1D0WN-1W0W1數(shù)據(jù)輸出A0A1An-1地址譯碼器ROM矩陣(N×M)輸出緩沖器輸入緩沖器器位線地址譯碼器是一個(gè)最小項(xiàng)譯碼器，它有n個(gè)輸入，N（N=2n）個(gè)輸出，輸出稱為字線。字線是ROM矩陣的輸入，ROM矩陣有M條輸出線，稱為位線。字線與位線的交點(diǎn)，即是ROM矩陣的存儲單元，存儲單元個(gè)數(shù)代表了ROM矩陣的容量，所以ROM矩陣的容量等于M×N。輸出緩沖器的作用有三個(gè)，一是能提高存儲器的帶負(fù)載能力；二是通過使能端實(shí)現(xiàn)對輸出的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線連接；三是規(guī)范邏輯電平，將輸出的高、低電平變換為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平。三、隨機(jī)存取存儲器(RAM)（1）既能方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時(shí)寫入新的數(shù)據(jù)。RAM的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的易失性，即一旦斷電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。（2）RAM電路由地址譯碼器、存儲矩陣和讀/寫控制電路組成，如下圖。RAM中的核心是存儲單元，其結(jié)構(gòu)有雙極型和MOS型兩種。數(shù)據(jù)輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入/輸出A0A1An-1地址譯碼器存儲矩陣讀/寫控制電路讀/寫控制片選（3）存儲器容量的擴(kuò)展RAM的存儲容量為字線×位線。在單片?RAM?芯片容量不能滿足要求時(shí)，就需要進(jìn)行擴(kuò)展，將多片?RAM?組合起來，構(gòu)成存儲器系統(tǒng)（也稱存儲?體）。A、位擴(kuò)展：將多片存儲器經(jīng)適當(dāng)?shù)倪B接，組成位數(shù)增多、字?jǐn)?shù)不變的存儲器。方法：用同一地址信號控制n個(gè)相同字?jǐn)?shù)的RAM例：將1024×1的RAM擴(kuò)展為1024×8的RAM。將8塊1024×1的RAM的所有地址線和CS（片選線）分別對應(yīng)并接在一起，而每一片的位輸出作為整個(gè)RAM輸出的一位。1024×8RAM需1024×1RAM的芯片數(shù)為：B、字?jǐn)U展將多片存儲器經(jīng)適當(dāng)?shù)倪B接，組成字?jǐn)?shù)更多，而位數(shù)不變的存儲器。例如：用8片1K×8位RAM構(gòu)成的8K×8位RAM。輸入/輸出線，讀/寫線和地址線A0～A9是并聯(lián)起來的，高位地址碼A10、A11和A12經(jīng)74LS138譯碼器8個(gè)輸出端分別控制8片1K×8位RAM的片選端，以實(shí)現(xiàn)字?jǐn)U展。74LS13874LS138三、只讀存儲器的結(jié)構(gòu)原理只讀存儲器（ROM）屬于組合邏輯電路，即給一組輸入（地址），存儲器相應(yīng)地給出一種輸出（存儲的字）。ROM?器件按存儲內(nèi)容和存入方式的不同，可分為?ROM、可編程?ROM（PROM）和可改寫?ROM（EPROM、E2PROM、FlashMemory）等。1.?掩膜?ROM掩膜?ROM，又稱固定?ROM，ROM?在制造時(shí)，生產(chǎn)廠家利用掩膜技術(shù)把信息寫入存儲器中。按使用的器件可分為二極管?ROM、雙極型三極管?ROM?和?MOS?管?ROM?三種類型。這里主要介紹二極管掩膜?ROM。圖?3.13?所示的是?4×4?的二極管掩膜?ROM，它具有?2?位地址輸入?A1A0。共?4?條字線?W0、W1、W2、W3，每一條字線可存放一個(gè)?4?位二進(jìn)制數(shù)碼（信息），又稱一個(gè)字，故?4?條字線可存放?4?個(gè)字。4?條縱線代表每個(gè)字的位，故稱位線，4?條位線?D0、D1、D2、D3，即表示?4?位，作為字的輸出。字線與位線相交處為一位二進(jìn)制數(shù)的存儲單元，共?16?個(gè)存儲單元，相交處有二極管者存?1，無二極管者存?0。圖3.13ROM?存儲單元結(jié)構(gòu)圖從圖中可得出如下輸出信號表達(dá)?式。（1）與門陣列輸出表達(dá)?式（2）或門陣列輸出表達(dá)?式 （3）ROM?輸出信號的真值表（見表?3.3）表?3.3ROM?輸出信號真值表A1A0D3D2D1D0000101011010100111111110從存儲器角度看，A1A0?是地址碼，D3D2D1D0?是數(shù)據(jù)。表?3.3?說明：在?00?地址中存放的數(shù)據(jù)是?0101；01?地址中存放的數(shù)據(jù)是?1010，10?地址中存放的數(shù)據(jù)是?0111，11?地址中存放的數(shù)據(jù)是?1110。從譯碼編碼角度看，與門陣列先對輸入的二進(jìn)制代碼?A1A0?進(jìn)行譯碼，得到?4?個(gè)輸出信號?W0、W1、W2、W3，再由或門陣列對?W0～W34?個(gè)信號進(jìn)行編碼。表?3.3?說明，W0?的編碼是?0101；W1?的編碼是?1010；W2?的編碼是?0111；W3?的編碼是?1110。位線與相連的各字線的關(guān)系為或邏輯，而字線是地址碼的最小項(xiàng)，所以?W?實(shí)際上是一個(gè)“與”項(xiàng)，從輸出位線和地址輸入關(guān)系看，D?是一個(gè)最小項(xiàng)的與或式。在組合邏輯電路中任何一個(gè)邏輯函數(shù)都可以變換為若干個(gè)最小項(xiàng)之和的形式，因此可以用?ROM?實(shí)現(xiàn)組合邏輯電?路。2.?可編程?ROM（PROM）可編程?PROM（ProgrammableROM）封裝出廠前，存儲單元中的內(nèi)容全為?1（或全為?0）。用戶在使用時(shí)可以根據(jù)需要，將某些單元的內(nèi)容改為?0（或改為?1），此過程稱為編?碼。圖?3.14?給出了可編程陣列交叉點(diǎn)的三種連接方式。連線交叉點(diǎn)有實(shí)點(diǎn)的表示固定連接；有符號“×”的表示編程連接；連線單純交叉表示不連?接。圖3.14PLD?電路的表示方法圖3.15PROM?的可編程存儲單元可編程存儲單元如圖?3.15?所示，圖中的二極管位于字線與位線之間，二極管前端串有熔斷絲，在沒有編程前，存儲矩陣中的全部存儲單元的熔斷絲都是連通的，即每個(gè)單元存儲的都是?1。用戶使用時(shí)，只需按自己的需要，借助一定的編程工具，將某些存儲單元上的熔斷絲用大電流燒斷，該存儲單元的內(nèi)容就變?yōu)?0。熔斷絲燒斷后不能接上，故?PROM?只能進(jìn)行一次編?程。圖3.16PROM?結(jié)構(gòu)圖PROM?是由固定的“與”陣列和可編程的“或”陣列組成的，如圖?3.16?所示。與陣列為全譯碼方式，輸出為?n?個(gè)輸入變量可能組合的全部最小項(xiàng)，即?2n?個(gè)最小項(xiàng)?；蜿嚵惺强删幊痰?，如果?PROM?有?m?個(gè)輸出，則包含有?m?個(gè)可編程的或門，每個(gè)或門有?2n?個(gè)輸入可供選用，由用戶編程來選定。在?PROM?的輸出端，輸出表達(dá)式是最小項(xiàng)之和的標(biāo)準(zhǔn)與或?式。3.?光可擦除可編程?ROM（EPROM）PROM?雖然可以編程，但只能編程一次，EPROM?克服了?PROM?的缺點(diǎn)，可以根據(jù)用戶要求寫入信息，當(dāng)不需要原有信息時(shí)，可以擦除后重寫，從而可以長期使用。擦除已寫入的內(nèi)容，可用?EPROM?擦除器產(chǎn)生的強(qiáng)紫外線，對?EPROM?照射?20min?左右，使全部存儲單元恢復(fù)“1”，以便用戶重新編?寫。4.?電擦除可編程?ROM（E2PROM）E2PROM（（ElectricallyErasableProgrammableROM）是近年來被廣泛使用的一種只讀存儲器，被稱為電擦除可編程只讀存儲器，有時(shí)也寫成?EEPROM。其主要特點(diǎn)是能在應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行在線改寫，并能在斷電的情況下保存數(shù)據(jù)而不需要保護(hù)電源。特別是+5V?電擦除?E2PROM，通常不需要單獨(dú)的擦除操作，可在寫入過程中自動擦除，使用非常方?便。5.?快閃存儲器（FlashMemory）快閃存儲器（FlashMemory）又稱快速擦寫存儲器或閃速存儲器，是由?Intel?公司首先發(fā)明的，近年來較為流行的一種新型半導(dǎo)體存儲器。