数字逻辑第 6 章 可编程逻辑器件.ppt

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1、第6章可编程逻辑器件前面介绍的组合逻辑电路和时序逻辑电路由门电路、触发器和中小规模集成电路构成。这些逻辑电路相对比较简单，电路不容易修改。用这些逻辑电路实现数字系统需要大量集成电路和连线，导致系统体积大、功耗大，可靠性低等问题。目前广泛使用的可编程逻辑器件是实现数字系统的理想器件。使用可编程逻辑器件设计逻辑电路的思想是设计只读存储器方法的抽象。本章介绍使用设计只读存储器方法设计组合逻辑电路和时序逻辑电路，以及PLA、PAL、GAL和在系统中可编程逻辑器件的结构和使用原理。6.1可编程只读存储器6.1.1半导体存储器的概念存储器是数字计算机和数字系统中保存信息的重要部件。随

2、着大规模集成电路的发展，半导体存储器具有集成度高、速度快、功耗小、价格低等优点因而被广泛应用于各种数字系统中。半导体存储器按功能可分为随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)和只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)两大类。(1)随机存取存储器随机存取存储器是一种既可以读出又可以写入信息的存储器。根据制造工艺的不同，RAM可用双极型晶体管和MOS型晶体管制作。双极型RAM工作速度高、成本高、功耗大、集成度低，主要用作高速小容量存储器。MOS型RAM功耗小、集成度高、成本低，速度比双极型RAM低。MOS型RAM又可进一步分为静态随机存取存储器SR

3、AM（StaticRandomAccessMemory）和动态随机存取存储器DRAM（DynamicRandomAccessMemory）两种。相比之下DRAM的集成度更高一些。MOS型随机存取存储器适于构造大容量存储器。随机存取存储器在没有电源的时，存储器中的信息会丢失。(2)只读存储器只读存储器是一种在工作时只能读出、不能写入的存储器。只读存储器中的信息事先写入，通常用来存放那些固定不变的信息。只读存储器在工作时，将一个给定的地址码加到ROM的地址码输入端，在它的输出端可得到一个事先存入的数据。如果把地址码作为输入逻辑变量的取值，输出作为输出逻辑变量，那么ROM相当于

4、一个组合逻辑电路。这样可以把ROM看作是一个组合逻辑电路。只读存储器存入信息的过程通常称为编程。根据编程方法的不同，可分为掩膜编程ROM（简称MROM）和用户可编程ROM（简称PROM）两类。MROM中存放的信息由生产厂家在制造芯片时使用掩膜技术写入，用户不能改变MROM中的信息。MROM一般使用在工作时只读出信息的场合。MROM有可靠性高，集成度高，批量生产时价格便宜的优点。PROM中存放的信息由用户在编程设备上写入。优点是在使用时灵活方便，适于由用户自己来写入各种信息。MROM和PROM只读存储器都属于非容易失掉信息存储器，即使没有电源时，ROM中存放的信息也不会丢失

5、。RAM和ROM是计算机和数字系统中不可缺少的重要组成部分，它们通常用来存放各种程序和数据。下面从逻辑电路设计的角度，对ROM的结构、类型以及采用设计ROM的方法设计逻辑电路等进行介绍。图6-1由二极管组成的只读存储器从逻辑电路的角度ROM的结构由两部分组成。如图6-1所示，上部是一个固定连接的“与”门阵列，下部是一个可编程“或”门阵列。图6-1中上半部分的“与”门阵列构成两变量A1、A0译码器，译码器的输出是W0、W1、W2和W3。W0=A1A0，W1=A1A0，W2=A1A0，W3=A1A0即译码器的每一个输出对应一个最小项。图6-1中下半部分是“或”门阵列组成的存储

6、体。根据存储体中二极管的接法，00地址的存储单元中存储了“0101”，01地址的存储单元中存储了“1010”，10地址的存储单元中存储了“0111”，11地址的存储单元中存储了“1110”。D3、D2、D1和D0是图6-1ROM的输出。图6-1只读存储器的工作原理是当A1A0=00时，读00单元中的数据，D3、D2、D1和D0=0101；当A1A0=11时，读11单元中的数据，D3、D2、D1和D0=1110。从组合逻辑电路来理解，输出D3、D2、D1和D0分别是“与”门阵列产生的最小项的“或”运算。也就是，当W1＝1、W3＝1时，输出D3为1。当W0＝1、W2＝1、W3

7、＝1时，输出D2为1。当W1＝1、W2＝1、W3＝1时，输出D3为1。当W0＝1、W2＝1时，输出D4为1。所以可以写出D3、D2、D1和D0,的表达式如下：从上述表达式可以得到一个重要的启示，设D3、D2、D1和D0是一组逻辑函数表达式，可以设计一个只读存储器来实现它们。具体讲就是，如果要实现一组逻辑函数，可以用“与”门阵列产生逻辑函数中全部的最小项；用“或”门阵列来实现每一个输出函数，即最小项的或运算。这样就可以用只读存储器实现逻辑函数。从设计逻辑电路的角度，可以用设计只读存储器的方法来设计逻辑函数。这个思想是使用可编程器