电子技术教学课件 作者 王金花 王树梅 孙卫锋 第12单元半导体存储器和可编程逻辑器件.ppt

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1、第12单元半导体存储器和可编程逻辑器件一、项目导入二、相关知识（一）存储器（二）可编程逻辑器件的基础知识（三）常见的可编程器件一、项目导入当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地更新换代，由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超大规模集成电路（VLSIC，几万门以上）以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路（ASIC）芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最

2、好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件（FPLD），其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。（一）存储器1．只读存储器（ROM）2．ROM的编程及分类3．随机存取存储器（RAM）二、相关知识1．只读存储器（ROM）ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器3部分组成，其基本结构如图所示。存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储单元排列组成。每个存储单元存放一位二值代码（0或1），若干个存储单元组成一个“字”（也称一个信息单

3、元）。地址译码器有n条地址输入线A0～An-1，2n条译码输出线W0～，每一条译码输出线Wi称为“字线”，它与存储矩阵中的一个“字”相对应。每当给定一组输入地址时，译码器只有一条输出字线Wi被选中，该字线可以在存储矩阵中找到一个相应的“字”，并将字中的m位信息Dm-1～D0送至输出缓冲器。读出Dm-1～D0的每条数据输出线Di也称为“位线”，每个字中信息的位数称为“字长”。存储器的容量用存储单元的数目来表示，写成“字数乘位数”的形式。如存储矩阵有2n个字，每个字的字长为m，因此整个存储器的存储容量为2nm位。存储容量也习惯

4、用K（1K = 1 024）为单位来表示，例如1K× 4、2K× 8和64K× 1的存储器，其容量分别是1 024× 4位、2 048× 8位和65 536× 1位。以简化的ROM为例，介绍ROM的工作原理，图12-2是具有两位地址输入和4位数据输出的ROM结构图，其存储单元用二极管构成。图中，W0～W34条字线分别选择存储矩阵中的4个字，每个字存放4位信息。制作芯片时，若在某个字中的某一位存入“1”，则在该字的字线Wi与位线Di之间接入二极管，反之，就不接二极管。图12-2两位地址输入和4位数据输出的ROM结构图读出数据

5、时，首先输入地址码，并对输出缓冲器实现三态控制，则在数据输出端D3～D0可以获得该地址对应字中所存储的数据。例如，当A1A0= 00时，W0= 1，W1=W2=W3=0，即此时W0被选中，读出W0对应字中的数据D3D2D1D0=1001。同理，当A1A0分别为01、10、11时，依次读出各对应字中的数据分别为0111、1110、0101。从存储器的角度看，只要将逻辑函数的真值表事先存入ROM，便可用ROM实现该函数。如果将输入地址A1、A0看成两个输入逻辑变量，而将数据输出D3、D2、D1、D0看成一组输出逻辑变量，则D3

6、、D2、D1、D0就是A1、A0的一组逻辑函数，因此该ROM可以实现4个函数（D3、D2、D1、D0），其表达式为从组合逻辑结构来看，ROM中的地址译码器形成了输入变量的所有最小项，即每一条字线对应输入地址变量的一个最小项。上式还可以写为其中，。2．ROM的编程及分类ROM的编程是指将信息存入ROM的过程。根据编程和擦除的方法不同，ROM可分为掩模ROM、可编程ROM（PROM）和可擦除的可编程ROM（EPROM）3种类型。（1）掩模ROM。掩模ROM中存放的信息是由生产厂家采用掩模工艺专门为用户制作的，这种ROM出厂时

7、其内部存储的信息就已经“固化”在里边了，所以也称固定ROM。它在使用时只能读出，不能写入，因此通常只用来存放固定数据、固定程序和函数表等。（2）可编程ROM（PROM）。PROM在出厂时，存储的内容为全0（或全1），用户可根据需要，将某些单元改写为1（或0）。这种ROM采用熔丝或PN结击穿的方法编程，由于熔丝烧断或PN结击穿后不能再恢复，因此PROM只能改写一次。熔丝型PROM的存储矩阵中，每个存储单元都接有一个存储管，但每个存储管的一个电极都通过一根易熔的金属丝接到相应的位线上，如图12-4所示。用户对PROM编程是逐

8、字逐位进行的。首先通过字线和位线选择需要编程的存储单元，然后通过规定宽度和幅度的脉冲电流，将该存储管的熔丝熔断，这样就将该单元的内容改写了。图12-4熔丝型PROM的存储原理图（3）可擦除的可编程ROM（EPROM）。这类ROM利用特殊结构的浮栅MOS管进行编程，ROM中存储的数据可以进行多次擦除和改写