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[小学教育]第7章 可编程器件及其应用
可编程模拟器件及其应用 2、可编程模拟器件的基本开发流程 可编程逻辑器件PLD及其应用 半导体存储器的分类 一、 随机存取存储器(RAM) 六、现场可编程门阵列FPGA 一、随机读写存储器(RAM) RAM的基本结构 在计算机及数据处理系统中需要存放大量数据、中间结果、表格等设备,可以用随机存取存储器RAM。 RAM可分为单极型和双极型:双极型工作速率高,但是集成度不如单极型的高。目前,由于工艺水平的不断提高,单极型RAM的速率已经可以和双极型RAM相比,而且单极型RAM具有功耗低的优点。这里只以单极型RAM为例进行分析。 单极型RAM又可分为静态RAM与动态RAM:静态RAM是用MOS管触发器来存储代码,所用MOS管较多、集成度低、功耗也较大。动态RAM是用栅极分布电容保存信息,它的存储单元所需要的MOS管较少,因此集成度高、功耗也小。静态RAM使用方便,不需要刷新。 1、RAM的基本结构 存储矩阵、 地址译码器 和读写电路 地址 片选信号 读写控制信号 数据输入 和输出信号 1)存储矩阵 存储矩阵是由许多排列成阵列形式的存储元组成,用来存储要存放的代码。每个存储元能存储一位二进制数据(0或1),存储元的总数决定了存储器的容量。一组有序排列的存储元构成一个存储单元,矩阵中每个存储单元都用一个二进制码给以编号,以便查询此单元。这个二进制码称作地址。 2)地址译码器 地址译码有两种方式,一种是单译码方式,或称为字结构方式,适用于小容量存储器;另一种是双译码方式,或称为X-Y译码结构。 单译码方式 双译码方式 当片选信号CS = 0有效时,读写控制信号WE可以控制信号的流向。若WE = 1时,外电路向存储器读取数据,门G4导通,输出高电平,门G3截止,对应输出给三态门G1的控制信号无效,G1输出高阻状态,G2开启,D上的数据通过G2送到总线I/O上,实现读操作。当WE = 0时,情况刚好和前面相反,这时G1开启,G2输出高阻状态,数据只能由I/O送给D,实现写操作。 3)读写电路 2、 RAM的存储单元 存储单元是存储器的最基本细胞,他可以存放一位二进制数据。 1)RAM静态存储单元 静态RAM靠触发器保存数据,只要不断电,数据就能长久保存。 2)RAM动态存储单元 写操作:当字选择线为高电平,T1管导通,写信号通过数据线存入电容C中 读操作:字选择线仍为高电平,存储在电容C上的电荷,通过T1输出到数据线上,通过读出放大器,即可得到所保存的信息。 刷新:动态RAM存储单元实质上是依靠T1管栅极电容的充放电原理来保存信息的。时间一长,电容上所保存的电荷就会泄漏,造成了信息的丢失。因此,在动态RAM的使用过程中,必须及时地向保存“1”的那些存储单元补充电荷,以维持信息的存在。这一过程,就称为动态存储器的刷新操作。 二、只读存储器(ROM) 1、ROM的结构 它由存储矩阵、地址译码器、读放与选择电路组成。地址译码器可以是单译码,也可以是双译码。 ROM的点阵结构表示图 将存储器字线和位线画成相互垂直的一个阵列,每一个交叉点对应一个存储元,交叉点上有黑点表示该存储元存1,无黑点表示该存储元存0。 2、ROM的分类 ROM的种类较多,按存储内容的写入方式可分为固定ROM、可编程的PROM、可擦可编程的EPROM三类。 1)固定ROM 固定ROM需要存储的信息由ROM制造厂家写入,信息存储可靠性最高,当用量很大时,单片成本很低。 2)可编程只读存储器PROM PROM的结构是与阵列固定、或阵列可编程的PLD器件。对于有大量输入信号的PROM,比较适合作为存储器来存放数据,它在计算机系统和数据自动控制等方面起着重要的作用。 PROM 的类型有多种,我们以二极管破坏型PROM为例来说明其存储原理。 对PROM来讲,这个写入的过程称之为固化程序。由于击穿的二极管不能再正常工作,所以这种ROM器件只能固化一次程序,数据写入后,就不能再改变了。 3)可擦除可编程的ROM (1)紫外线擦除可编程的ROM 可用紫外线擦除可编程的ROM常常被称为EPROM,该类存储器用户可多次改写内容,改写时需要宽度约为50ms的高电压编程脉冲,EPROM芯片外壳上方有窗口,当用紫外线通过这个窗口照射时,写入的信息被擦除。 为避免EPROM的内容在外来光线照射下慢性自动擦除,通常用一种不透光的标签粘贴在窗口上用于保护所存信息。 SIMOS管的结构和符号 SIMOS管是利用浮栅是否积累负电荷来表示信息的。这种EPROM出厂时为全“1”(即浮栅上无电子积累),用户可根据需要写“0”(即给浮栅注入电子)。 (2)电可擦除可编程序的ROM EEPROM结构 EEPROM的另一个优点是擦除
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