項(xiàng)目9　 應(yīng)用大規(guī)模集成電路

9.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述

第9單元大規(guī)模集成電路及其應(yīng)用

9.3只讀存儲(chǔ)器

9.4隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM9.5可編程邏輯器件（PLD）簡(jiǎn)介

9.6大規(guī)模集成電路的綜合應(yīng)用

退出9.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

通常這一單元的學(xué)習(xí)，可以掌握的知識(shí)有：1．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的類型。2．RAM和ROM的特點(diǎn)。3．掌握RAM和ROM的運(yùn)用方法。學(xué)習(xí)要求存儲(chǔ)器——用以存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的器件。1．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類：根據(jù)使用功能的不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為兩大類：（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）也叫做讀/寫存儲(chǔ)器。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)易失，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)因斷電而消失，即具有非易失性。根據(jù)輸入/輸出方式來分，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為兩大類：串行和并行。9．1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述

2．存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)

（1）存儲(chǔ)器的容量：存儲(chǔ)器的容量=2n×m(bit)n：地址線總數(shù)，2n

稱為字線數(shù)。m每一地址單元存儲(chǔ)m位二值數(shù)，又稱為位線數(shù)。8位為一字節(jié)，210=1024=1K,220=1024K=1M,230=1024M=1G例：11根地址線，8根數(shù)據(jù)線（8位輸出），容量為211×8=16Kb=2KB(2)存取時(shí)間接收到尋址信號(hào)到讀/寫數(shù)據(jù)為止。9．2．1存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)

9.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

存儲(chǔ)器的電路結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的模擬結(jié)構(gòu)如圖存儲(chǔ)器MD0D3D2D1A1A09．2．2存儲(chǔ)器的工作原理

以一個(gè)22×4的存儲(chǔ)器為例進(jìn)行說明。它有二根地址線A1、A0，四根數(shù)據(jù)線D3~D0。二根地址線有四種地址組合，假設(shè)對(duì)應(yīng)輸出數(shù)據(jù)如表。

9.2.3.存儲(chǔ)器的工作時(shí)序

存儲(chǔ)器讀操作時(shí)序圖

存儲(chǔ)器寫操作時(shí)序圖

1．掩膜存儲(chǔ)器.廠家把數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器中，用戶無法進(jìn)行任何修改。9.3只讀存儲(chǔ)器

按照數(shù)據(jù)寫入方式特點(diǎn)不同，ROM可分為：9.3.1常用ROM介紹

2．一次性可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）。出廠時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容全為1（或全為0），用戶可根據(jù)自己的需要編程，但只能編程一次。3.紫外線可擦除EPROM4.電可擦除E2PROM5.快閃存儲(chǔ)器

(a)電視機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)節(jié)目信息的存儲(chǔ)器

（b）某一控制電路用的存儲(chǔ)器9.3.2應(yīng)用舉例

1.用于查表的表格

數(shù)學(xué)運(yùn)算是數(shù)控裝置和數(shù)字系統(tǒng)中需要經(jīng)常進(jìn)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(chǔ)器中，則在需要時(shí)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ROM，實(shí)際上已經(jīng)成為函數(shù)運(yùn)算表電路。

存儲(chǔ)器很經(jīng)常用于當(dāng)作存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的表格，因?yàn)檩斎氲刂罚涂奢敵龃鎯?chǔ)在該地址單元的數(shù)據(jù)輸出。

輸入對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)輸入（地址）輸出（保存的數(shù)據(jù)）輸出對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)B3B2B1B0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0000000000000001000100000001120010000001004300110000100194010000010000165010100011001256011000100100367011100110001498100001000000649100101010001811010100110010010011101101111001121121100100100001441311011010100116914111011000100196151111111000012252.實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù)3．字符顯示

字符發(fā)生器常用于顯示終端、打印機(jī)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(chǔ)在ROM的存儲(chǔ)矩陣中，再以適當(dāng)方式給出地址碼，某個(gè)字符就能讀出，并驅(qū)動(dòng)顯示器進(jìn)行顯示

下圖用ROM構(gòu)成字母“T”的原理。

9.3.3常用的E2PROM舉例

2864（8K×8位）是常用的E2PROM芯片，其容量是8K×8位，即8K字節(jié)。它有13根地址線（213=8×210），

8根輸出線，它與同容量的EPROM2764是兼容的。外引線如圖9.13。

9.4隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM

RAM的優(yōu)點(diǎn)：讀、寫方便，使用靈活；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)易失（即一旦停電以后所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將隨之丟失）。

分類：靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器應(yīng)用：靜態(tài)存儲(chǔ)器由于速度快可用于計(jì)算機(jī)的顯卡的內(nèi)存，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器容量大用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存條。1．靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）

靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器是有自保持功能的RAM。

右圖是典型的六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元。它的特點(diǎn)是存儲(chǔ)單元有自保持功能，功耗高，成本高。

2．動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）

動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器是需要刷新存儲(chǔ)器。

單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器是最典型的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)如圖。

3．SRAM6264簡(jiǎn)介

6264是雙列直插CMOS靜態(tài)RAM。右圖所示是其外引線圖，它的外接線和存儲(chǔ)器同為8K×8位的E2PROM2864的引線結(jié)構(gòu)非常相似。

4.常用的幾種RAMSDRAM同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DDRSDRAM雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器9.5可編程邏輯器件（PLD）簡(jiǎn)介

可編程邏輯器件（ProgrammableLogicDevice，簡(jiǎn)稱PLD）是一種半定制性質(zhì)的專用集成電路，用戶在使用前可對(duì)它進(jìn)行編程，自行配置各種邏輯功能。

9.5.1概述PLD的基本結(jié)構(gòu)可編程邏輯器件的分類可編程邏輯陣列（ProgrammableLogicArray，縮寫為PLA）、可編程陣列邏輯（ProgrammableArrayLogic，縮寫為PAL）、通用陣列邏輯（GenericArrayLogic，縮寫為GAL）、復(fù)雜可編程邏輯器件（ComplexProgrammableLogicDevice，縮寫為CPLD）等類型。

9.5.2PLD器件的描述規(guī)則

其中“·”表示已由生產(chǎn)廠家連接好，不可編程，“×”表示可編程連接，用戶可以在編程是將不需要的“×”去掉

PLD與、或門表示方法

PLD連接點(diǎn)表示符號(hào)

邏輯門電路與PLD電路比較示意圖

9.5.3PLD的開發(fā)環(huán)境

PLD的開發(fā)需要在開發(fā)系統(tǒng)的支持下進(jìn)行。開發(fā)系統(tǒng)的硬件部分由計(jì)算機(jī)和編程器組成，軟件部分由專用的編程語(yǔ)言和相應(yīng)的編程軟件構(gòu)成。

普通PLD器件的開發(fā)通常包括邏輯設(shè)計(jì)、選擇器件和編寫關(guān)于器件編程信息的標(biāo)準(zhǔn)格式文件（JEDEC文件），然后把它JEDGC文件下載到編程器，對(duì)器件進(jìn)行編程，編程完成后還要進(jìn)行邏輯功能測(cè)試，測(cè)試通過的器件再插入印刷板使用。第四代PLD可以在線編程。想一想：如果要學(xué)習(xí)PLD的應(yīng)用，應(yīng)如何進(jìn)行？

9.6.1波形產(chǎn)生電路

9.6大規(guī)模集成電路的綜合應(yīng)用

產(chǎn)生8種波形的電路

（1）時(shí)鐘發(fā)生器

CD4060是14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，只要配與2MHz晶振就可以產(chǎn)生2MHz的脈沖信號(hào)，它自帶計(jì)數(shù)分頻器，可以得到f=2MHz/2n(n=4~10，12，13，14)輸出不同頻率的信號(hào)。用4分頻時(shí)，f=2MHz/24=125000Hz的輸出。（2）地址計(jì)數(shù)器的組成

12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC4040有Q0~Q11位輸出，其中只選Q0~Q9輸出端連到E2PROM的地址A0~A9，一個(gè)完整波形的地址空間（000H~3FFH）。存儲(chǔ)器三位高地址A10~A12

選波形。（3）E2PROM

E2PROM中的波形數(shù)據(jù)用專用的編程器寫入。在編程時(shí)按指定地址寫入數(shù)據(jù)，把編程器與計(jì)算機(jī)的打印機(jī)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。

（4）數(shù)據(jù)鎖存器74HC574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(chǔ)器從地址有效到數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔內(nèi)避免對(duì)后級(jí)轉(zhuǎn)換的影響。（5）D/A轉(zhuǎn)換

D/A轉(zhuǎn)換是將74HC374輸出的數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換示意圖：

通過調(diào)節(jié)電位器W改變輸出幅度，通過選取14級(jí)計(jì)數(shù)器(4060)的不同輸出可以改變輸出波形的頻率。交直流輸出波形

(6)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)器的敷據(jù)設(shè)計(jì)與D／A轉(zhuǎn)換精度和輸出波形形狀有關(guān)。

設(shè)輸出波形為右圖所示的正弦波形時(shí)，可以把波形分成四個(gè)區(qū)間0o~90o，90o~180o，180o~～270o，270o～360o。9.6.2霓虹燈控制電路

振蕩分頻電路，輸出信號(hào)作為存儲(chǔ)器的地址信號(hào)存儲(chǔ)器芯片，存儲(chǔ)控制燈變化的程序?qū)嶒?yàn)本單元學(xué)習(xí)指導(dǎo)

本單元主要介紹存儲(chǔ)二值數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。只讀存儲(chǔ)器在斷電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。只讀存儲(chǔ)器分為：1、掩膜ROM；2、一次可編程ROM（OTPROM）；3、可擦除可編程ROM（EPROM）。而可擦除可編程ROM又分為紫外線可擦除EPROM、E2PROM和快閃存儲(chǔ)器。隨機(jī)存儲(chǔ)器存、取非常方便，但它的數(shù)據(jù)在斷電時(shí)會(huì)丟失。隨機(jī)存儲(chǔ)器可以分為靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。靜態(tài)存儲(chǔ)器適用于一些要求存儲(chǔ)速度快的場(chǎng)合，而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器適用于存儲(chǔ)量大的場(chǎng)合。本單元還簡(jiǎn)介了通用陣列邏輯的一些基本知識(shí).注意：所有存儲(chǔ)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。不同芯片的控制線引線名稱可能有所不同，功能基本相同。

本單元學(xué)習(xí)指導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)九

霓虹燈控制電路

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）理解存儲(chǔ)器各引腳的功能。掌握集成電路2864的使用方法。（2）掌握存儲(chǔ)器的有關(guān)地址、數(shù)據(jù)和信號(hào)傳送等概念。（3）掌握編程器的使用。

二．實(shí)驗(yàn)儀器及材料

8K×8位E2PROM2864（或2K×8位E2PROM2816）（一塊）內(nèi)含振蕩器的14位串行二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4060（一塊）按鍵開關(guān)

（1個(gè)）電容

1uF（1個(gè)）

0.01uF（1個(gè)）電阻

470Ω（8個(gè)）

1kΩ（2個(gè)）10kΩ（2個(gè)）1MΩ（1個(gè)）

三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

按電路圖連接好霓虹燈控制電路的電路圖。利用專用編程器編程后寫入到存儲(chǔ)器中，然后安裝到電路中。電路工作時(shí)只進(jìn)行讀出不寫入。指示燈的變化規(guī)律由老師和學(xué)生一定約定，然后利用編程器編程，再寫入2864之中。寫