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数字电路设计 第6章 半导体存储器与可编程逻辑器件.ppt

发布:2017-07-17约7.08千字共43页下载文档
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图 ROM实现函数 的运算表电路 3.随机存取存储器(RAM) 随机存储器也叫可读写存储器。根据存储单元的工作原理不同,RAM可分为静态RAM(Static Random Access Memory,简称SRAM)和动态的RAM(Dynamic Random Access Memory,简称DRAM)两种。 SRAM使用触发器作为存储元件,因而只要使用直流电源,就可存储数据。SRAM的特点是速度快,工作稳定,且不需要刷新电路,使用方便灵活。但由于它所用MOS管较多,致使集成度低,功耗较大,成本也高。在微机系统中,SRAM常用做小容量的高速缓冲存储器。 DRAM使用电容作为存储单元,只有通过刷新对电容再充电,才能长期保存数据。DRAM的特点是集成度高,功耗低,价格便宜,但由于电容存在漏电现象,电容电荷会因为漏电而逐渐丢失,因此必须定时对DRAM进行充电刷新。在微机系统中,DRAM常被用做内存(即内存条)。 当电源被移走后,SRAM和DRAM都会丢失存储的数据,因此RAM被归类为易失性存储器。 1)结构与工作原理 由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分组成 2)RAM的存储单元 ( 1)SRAM的存储单元  六管CMOS管组成静态存储单元。 T1?T4为SR锁存器, T5、T6为门控管; Xi=1时,所在行被选中,T5、T6导通,锁存器的Q和Q′端与位线Dj、D′j接通; Yj=1时,所在列被选中,Tj、T′j导通,该列存储单元和读/写控制电路接通。 (2)DRAM的存储单元 动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理 存储单元以T2及其栅极电容C 为基础构成,数据存于栅极电容C 中。若电容C 充有足够的电荷,使T2导通,这一状态为逻辑0 ,否则为逻辑1。数据经T5由Do输出。 进行写操作时,R/W′为低电平,由于Yj为高电平,T4导通,输入数据Di经T4并由写入刷新控制电路反相,再经T1写入到电容器C 中。这样,当输入数据为0 时, 电容充电;而输入数据为1 时,电容放电。 3)RAM的扩展 位扩展方式 适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时 接法:将各片的地址线、读写线、片选线并联即可 图 RAM的位扩展方法示意图 字扩展方式 适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 图 RAM字扩展方法示意图 4.可编程逻辑器件(PLD) 可编程逻辑器件(Programmable Logic Device)是从20世纪70年代初发展起来的一种新型逻辑器件,发展过程中,先后出现了PROM、PLA、PAL、GAL、CPLD、FPGA等类型。随着微电子技术、超大规模集成电路技术、计算机辅助设计(CAD)技术的进步和发展,PLD器件功能越来越强大,应用越来越广泛。 1)PLD 的逻辑符号表示方法 (a)与门 (b)或门 (c)输出恒等于0的与门 (d) 互补输出缓冲器 (e)三态输出缓冲器 2)可编程逻辑阵列PLA PLA中不需要包含输入变量的所有最小项,而是有多少个“与”门,就可以通过编程产生多少个乘积项。这些乘积项也不一定是最小项,而是由编程来确定。这样做显然提高了芯片的利用率。 PLA是把PROM中的地址译码器改为可编程的“与”门阵列得到的器件。故PLA采用“与”门阵列和“或”门阵列均可编程的逻辑结构。 3)PLA的逻辑阵列图 虽然PLA的芯片利用率较高,但对于多输出函数则需要提取、利用公共的“与”项,设计的软件算法比较复杂。此外,PLA的两个阵列均为可编程的,不可避免地使编程后器件的运行速度下降了。 图 PLA的逻辑阵列图 4)可编程阵列逻辑PAL 20世纪70年代末美国的单片存储器公司MMI率先推出PAL 采用双极型熔丝工艺,只能编程一次; 由可编程的与门阵列、固定的或门阵列和输出电路组成; 具有多种输出结构。 (1)PAL的基本电路结构 图 PAL的基本电路结构 举例:PAL实现下列逻辑函数。 图 逻辑函数阵列图 (2)PAL的输出结构和反馈形式 根据PAL器件输出电路结构和反馈方式的不同,可将它们分成专用输出结构、可编程输入/输出结构、寄存器输出结构、异或输出结构、运算选通反馈结构等。 (一)专用输出结构 具有互补输出的专用输出结构 (二)可编程输入/输出(可编程I/O)结构 图 可编程输入/输出结构 (三)寄存器输出结构 图 寄存器输出结构 通过反馈建立起Qn与Qn+1之间的逻辑关系。 (四)带有异或门的输出结构 图 寄存器输出结构 可编程输入端XOR控制输出极性 XOR = 0,Y与S同相; XOR = 1,Y与S反相; (3)通用阵列逻辑GAL 19
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