ch12半導(dǎo)體存儲器13轉(zhuǎn)換器

1、第1212章 半導(dǎo)體存儲器12-1 概述概述12-2 只讀存儲器只讀存儲器ROM12-3 隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAM12-4 存儲器容量的擴(kuò)展存儲器容量的擴(kuò)展 12-5 用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)一 概述 存儲器是用來存儲二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成電路，是進(jìn)一步完善存儲器是用來存儲二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成電路，是進(jìn)一步完善數(shù)字系統(tǒng)功能的重要部件。它實際上是將大量存儲器按一定規(guī)律結(jié)合起數(shù)字系統(tǒng)功能的重要部件。它實際上是將大量存儲器按一定規(guī)律結(jié)合起來的整體，可以被比喻為一個由許多房間組成的大旅館。每個房間有一來的整體，可以被比喻為一個由許多房間組成的大旅館。每個房間有一個號碼個

2、號碼 （地址碼（地址碼 ），每個房間內(nèi)有一定內(nèi)容（一個二進(jìn)制數(shù)碼，又稱），每個房間內(nèi)有一定內(nèi)容（一個二進(jìn)制數(shù)碼，又稱為一個為一個“字字” ” ）。）。1、衡量指標(biāo)、衡量指標(biāo)存儲速度存儲速度存儲量存儲量2、種類、種類(1)只讀存儲器只讀存儲器 ROM（Read-Only Memory ）ROMPROMEPROME2PROM靜態(tài)靜態(tài)RAM：SRAM動態(tài)動態(tài)RAM：DRAM(2) 讀寫存儲器讀寫存儲器( RAM )Random Access Memory12-2 12-2 只讀存儲器ROMROM12-2-1 12-2-1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器ROMROM根據(jù)用戶要求專門設(shè)計的掩模板把數(shù)據(jù)：根

3、據(jù)用戶要求專門設(shè)計的掩模板把數(shù)據(jù)：“固化固化”在在ROMROM中中電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)地地址址輸輸入入存儲矩陣存儲矩陣地地址址譯譯碼碼器器輸輸出出緩緩沖沖器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出出地址譯碼器：將輸出的地址代碼翻譯成相應(yīng)的控制信號，把指定單元選地址譯碼器：將輸出的地址代碼翻譯成相應(yīng)的控制信號，把指定單元選 出，其數(shù)據(jù)送輸出緩沖器出，其數(shù)據(jù)送輸出緩沖器輸出緩沖器輸出緩沖器v提高存儲器帶負(fù)載的能力提高存儲器帶負(fù)載的能力v實現(xiàn)輸出狀態(tài)三態(tài)控制，與系統(tǒng)總線連接實現(xiàn)輸出狀態(tài)三態(tài)控制，與系統(tǒng)總線連接例例 2位地址輸入，位地址輸入，4位地址輸出，二極管存儲器位地址輸出，二極管存儲器A1A0：兩位地址代碼，能指定：兩位地

4、址代碼，能指定四個不同地址四個不同地址地址譯碼器：將四個地址譯成地址譯碼器：將四個地址譯成W0 W3四個高電平輸出信號四個高電平輸出信號 A1 A0W0 W1 W2 W3 0 0 0 0 0 10 00 01 11 01 00 01 10 01 11 10 00 01 10 00 00 01 10 00 00 0與與陣陣列列或或陣陣列列D3 D2 D1 D01 11 10 00 00 01 11 11 10 01 11 10 00 01 10 01 1存儲矩陣：二極管編碼器存儲矩陣：二極管編碼器 W0=1 EN=0 W0=1 EN=0 W1=1 EN=0 W1=1 EN=0 W2=1 EN=0

5、 W2=1 EN=0 W3=1 EN=0 W3=1 EN=0輸出緩沖器：提高帶負(fù)載能力輸出緩沖器：提高帶負(fù)載能力數(shù)據(jù)表為：數(shù)據(jù)表為：D3 D2 D1 D01 11 10 00 00 01 11 11 10 01 11 10 00 01 10 01 1 A1 A0 0 0 0 0 0 11 01 01 11 1位線位線地址線地址線字線字線000011111111111000000001地地 址址A1A0D3D2D1D0內(nèi)內(nèi) 容容A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯譯碼碼器器K: 輸出輸出控制端控制端 輸入任意一個地址輸入任意一個地址碼，譯碼器就可使與之碼，譯碼器就可

6、使與之對應(yīng)的某條字線為高電對應(yīng)的某條字線為高電平，進(jìn)而從位線上讀出平，進(jìn)而從位線上讀出四位輸出數(shù)字量。四位輸出數(shù)字量。001WAA101WAA201WAA301WAAD3D2D1D0例例: 簡簡化化圖圖+VCCD0D1D2D3 圖是使圖是使用用 MOS 管管的的ROM 矩矩陣：有陣：有 MOS 管的管的單元存儲單元存儲 “0”，無，無 MOS 管的管的單元存儲單元存儲 “1”。 簡化圖簡化圖0W1W2W3W0W1W2W3WD3D2D1D0 ROM的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例1. 用于實現(xiàn)邏輯函數(shù)用于實現(xiàn)邏輯函數(shù) SC7421mmmm7653mmmmSC0m7m0w7w2、 ROM 在波形發(fā)生器中的應(yīng)用

7、在波形發(fā)生器中的應(yīng)用ROMD/A計計數(shù)數(shù)器器CP計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖送示波器送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo0ROMD/A計計數(shù)數(shù)器器CP計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖送示波器送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A010000000000011111111111000000000000000000000011111111111248129630w7w0D1D2D3D4D5D6D3、 用用ROM構(gòu)成字符發(fā)生器構(gòu)成字符發(fā)生器2345678910232221

8、201918171615A0A1D0A3A4A5A12A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4ROM 2864 管腳圖管腳圖A2A711112141324A8D5D6D7OEWR25262728邏輯圖邏輯圖D0D7D6D5D4D3D2D1A1A12ROM 2864 OECS13-3 13-3 讀寫存儲器讀寫存儲器( RAM ) 讀寫存儲器又稱讀寫存儲器又稱隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器。 讀寫存儲器的特點是：在工作過程中，讀寫存儲器的特點是：在工作過程中，既可從存儲器的任意單元讀出信息，又既可從存儲器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它可以把外界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機(jī)存

9、儲器，簡稱被稱為隨機(jī)存儲器，簡稱 RAM 。Random Access Memory. RAM 按功能可分為按功能可分為 靜態(tài)、動態(tài)兩類；靜態(tài)、動態(tài)兩類； RAM 按所用器件又可分為雙極型和按所用器件又可分為雙極型和 MOS型兩種。型兩種。13-3-1 13-3-1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器靜態(tài)隨機(jī)存儲器RAMRAM電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)地地址址輸輸入入存儲矩存儲矩陣陣行行地地址址譯譯碼碼讀讀寫寫控控制制I/O地址譯碼器：行地址譯碼選出一行，列地址譯碼選出一列（或幾列）地址譯碼器：行地址譯碼選出一行，列地址譯碼選出一列（或幾列）列地址譯碼列地址譯碼地址輸入地址輸入CSCS R/WR/WCSCS0 0 片選有效

10、，可進(jìn)行讀寫片選有效，可進(jìn)行讀寫R/wR/w1 1 執(zhí)行讀操作執(zhí)行讀操作R/wR/w0 0 執(zhí)行寫操作執(zhí)行寫操作W3W2W1W0地地址址譯譯碼碼器器讀寫讀寫 及及 輸入輸入/輸出控制輸出控制I / O1I / O0CSR / WA0A1D1D1D0D0存存儲儲矩矩陣陣 RAM組件組件123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R / WRAM 2114 管腳圖管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM 6116 管腳圖

11、管腳圖A2A711112141324A8D5D6D7RDWR13-4 13-4 存儲器容量的擴(kuò)展13-4-1 13-4-1 位擴(kuò)展方式位擴(kuò)展方式（8-8-2020） 要達(dá)到這個目的方法很簡單，只要把各片要達(dá)到這個目的方法很簡單，只要把各片地址線對應(yīng)連接地址線對應(yīng)連接在一起，而在一起，而數(shù)據(jù)線并聯(lián)使用數(shù)據(jù)線并聯(lián)使用即可，示范接線如下圖：即可，示范接線如下圖：D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0. . . . .D6D5D4D1D3D2D0.CSR/WA0A92114 (1)2114 (2)用用(兩片兩片2114) 1024 4 構(gòu)成構(gòu)成 1024 82. 增加

12、增加 RAM( 如如2114 )的的字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù) 通過用通過用10244 ( 4片片2114 ) 構(gòu)成構(gòu)成40964為例，為例，介紹介紹 解決這類問題的辦法。解決這類問題的辦法。 ( 1) 訪問訪問4096個單元，必然有個單元，必然有 12 根地址線；根地址線； ( 2) 訪問訪問 RAM2114，只需，只需 10 根地址線，尚余根地址線，尚余 2根地址線根地址線 ； ( 3) 設(shè)法用設(shè)法用剩余的剩余的 2根地址線去控制根地址線去控制4個個2114的片選端的片選端 。思路：思路：12-4-2 12-4-2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CS

13、R/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3譯譯碼碼器器A11A10A0A9D3D2D1D02114 (1)2114 (2)2114 (3)2114 (4)R/WY0Y30000 10230000 10231024 20471024 20472048 30712048 30713072 40953072 40954 4片片2562568 8位的位的RAMRAM，構(gòu)，構(gòu)成成102410248 8位的位的RAMRAMA A9 9 A A8 80 00 0Y Y0 0=0=0A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1 1A A0 000000

14、00000000000001111111111111111CS=0 CS=0 字線字線0 0 2552550 10 1Y Y1 1=0=00000000000000000001111111111111111256256 5115111 01 0Y Y2 2=0=00000000000000000001111111111111111512512 7677671 11 1Y Y3 3=0=00000000000000000001111111111111111768768 1023102312-5 12-5 用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)例例 用用ROMROM設(shè)計八段字符譯碼器，以輸入地址設(shè)計八段字符譯碼

15、器，以輸入地址A A3 3A A2 2A A1 1A A0 0為為DCBADCBA，以輸出數(shù)據(jù)以輸出數(shù)據(jù)D D0 0D D1 1D D7 7作為作為a,b,a,b,g,h,g,hD0D7D6D5D4D3D2D1A1A12ROM 2864 OECS解：解： 將原函數(shù)化成最小項之和形式：將原函數(shù)化成最小項之和形式：例例12.5.2 12.5.2 用用ROMROM產(chǎn)生組合邏輯函數(shù)：產(chǎn)生組合邏輯函數(shù)： Y1=ABC+ABCY1=ABC+ABC Y2=ABCD+BCD+ABCD Y2=ABCD+BCD+ABCD Y3=ABCD+ABCD Y3=ABCD+ABCD Y4=ABCD+ABCD Y4=ABCD

16、+ABCDY1=m2+m3+m6+m7Y1=m2+m3+m6+m7Y2=m6+m7+m10+m14Y2=m6+m7+m10+m14Y3=m4+m14Y3=m4+m14Y4=m2+m15 Y4=m2+m15 列出數(shù)據(jù)表：列出數(shù)據(jù)表：實現(xiàn)圖：實現(xiàn)圖：（8-8-2828）（8-8-2828）第第13章章 數(shù)數(shù)/模與模模與模/數(shù)變換器數(shù)變換器一、一、 概述概述二、二、 D/A 變換器變換器三、三、 A/D 變換器變換器（8-8-2929） 數(shù)數(shù)/模與模模與模/數(shù)變換器是計算機(jī)與外部數(shù)變換器是計算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測量和數(shù)字控也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。制系統(tǒng)的重要

17、部件。 能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)為數(shù)/模變換器模變換器( 簡稱簡稱D/A變換器變換器 ); 能將能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/數(shù)數(shù)變換器變換器( 簡稱簡稱A/D變換器變換器 )。 下面，對這兩個器件的工作原理及下面，對這兩個器件的工作原理及 其簡單應(yīng)用做一些介紹是十分必要的。其簡單應(yīng)用做一些介紹是十分必要的。一、概述一、概述（8-8-3030）二、二、 D/A 變換器變換器 由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的一定的“權(quán)權(quán)”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼

18、按換成模擬量，就必須將每一位代碼按其其“權(quán)權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成構(gòu)成D/A變換器的基本思想。變換器的基本思想。 D/A變換器的電路形式很多，這里變換器的電路形式很多，這里只介紹兩種。只介紹兩種。（8-8-3131）1 權(quán)電阻權(quán)電阻D/A變換器變換器+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 k 這種變換器由這種變換器由“電子模擬開電子模擬開關(guān)關(guān)”、“權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)

19、權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)”、“運運算放大器算放大器”和和“基準(zhǔn)電源基準(zhǔn)電源”等部分等部分組成。組成。（8-8-3232）+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 k 電子模擬開關(guān)電子模擬開關(guān)( S0 S3 ) 是受二進(jìn)制數(shù)是受二進(jìn)制數(shù)D0 D3 控制控制并由電子器件構(gòu)成的開關(guān)。當(dāng)并由電子器件構(gòu)成的開關(guān)。當(dāng) DK 1 時，則開關(guān)時，則開關(guān)S SK K 接到位置接到位置1 1上，將基準(zhǔn)電源上，將基準(zhǔn)電源U UR R經(jīng)電阻經(jīng)電阻R Rk k引起的電引起的電流接到運算放大器的虛地點；當(dāng)流接到運算放大器的虛地點；當(dāng)D Dk k0 0 時，開

20、關(guān)時，開關(guān)S Sk k 接到位置接到位置0 0 ，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運放。，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運放。（8-8-3333）T1T2SDa模擬電子開關(guān)的模擬電子開關(guān)的簡化原理電路簡化原理電路 當(dāng)當(dāng) D = 1 時，時，T2 管飽管飽和導(dǎo)通，和導(dǎo)通，T1 管截止，則管截止，則 S 與與 a 點通點通 ； 當(dāng)當(dāng) D = 0 時，時，T1 管飽管飽和導(dǎo)通，和導(dǎo)通，T2 管截止，則管截止，則 S 被接地被接地 。 前者相當(dāng)于開關(guān)前者相當(dāng)于開關(guān)S 接到接到 “ 1 ” 端端 ，后者，后者則則 相當(dāng)于開關(guān)相當(dāng)于開關(guān)S 接到接到“ 0 ”端端 。（8-8-3434）+-AuoS2S3S1S0RR/2

21、R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 kUo = - URRFR（）D3D0D1D223202122根據(jù)反相比例運算公式可得：根據(jù)反相比例運算公式可得： 顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入 二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量 到模擬量的轉(zhuǎn)換到模擬量的轉(zhuǎn)換 。（8-8-3535）2 T形解碼網(wǎng)絡(luò)形解碼網(wǎng)絡(luò)D/A變換器變換器( 以以4位為例位為例 )+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCD 由

22、于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，使由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，使得上圖中得上圖中D、C、B、A四點的電位逐位減半，四點的電位逐位減半， 下面分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓下面分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓 uo 之間之間的關(guān)系的關(guān)系:（8-8-3636）+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCDUD = UDUc = UD / 2UB = UD/4UA = UD /8即：即： 因此，每個因此，每個 2R支路中的支路中的電流也逐位減電流也逐位減半。半。（8-8-3737）+-AuoS2S3S1S02R2R2R

23、2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI = I3 + I2 + I1 + I0UD2R=D3UD16RD0UD8RD1UD4RD2+=UD16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )=UD RF16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )uo -（8-8-3838）3 D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)變換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。 有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。分辨率。）分辨率分辨率）線性度線性度 通常用非線性誤差的大小

24、表示通常用非線性誤差的大小表示D/A 變換變換器的線性度。把偏離理想的輸入輸出特器的線性度。把偏離理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義 為非線性誤差。為非線性誤差。 ）輸出電壓輸出電壓( 電流電流 )的建立時間的建立時間（8-8-3939）有一八位T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC，設(shè)VUR5RRF3000000000,10000000,11111111d 試求：07d時的輸出電壓uo。=UD RF16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )uo -（8-8-4040）三、三、 A/D 變換器變換器 A/D變換器的任務(wù)是將模擬變換器的任務(wù)是將模擬

25、量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類型也比較多。能不同，類型也比較多。 下面介紹兩種下面介紹兩種A/D變換電路變換電路的原理和一種常用的集成電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。組件。最后舉例說明其應(yīng)用。（8-8-4141）1 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型-+-+-+-+-+-+-+uxUsRRRRRRRRD2D1D0數(shù)字輸出數(shù)字輸出AGFECDB編編碼碼器器7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8 電路如左圖電路如左圖所示。它由三所示。它由三部分組成部分組成: 分分壓器壓器、比較器比較器和和編碼器編碼器。 這種這種A/D 變變換器的優(yōu)點是換器的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換速度快，缺點缺點 是所需比是所需比較器數(shù)目多，較器數(shù)目多，位數(shù)越多矛盾位數(shù)越多矛盾越突出。越突出。（8-8-4242）比較器輸入比較器輸入E ux 7E / 87E / 8 ux 6E / 86E / 8 ux 5E / 85E / 8 ux 4E / 84E / 8 ux 3E / 83E / 8 ux 2E / 82E / 8 ux 1E / 81E / 8 ux 0A BC D E F G D2D0D1編碼器輸出編碼器輸出輸入電壓輸入電壓ux1 1 1 1 1 1 11111 1 1 1 1 1