只讀存儲(chǔ)器完整版本

只讀存儲(chǔ)器單片機(jī)原理與應(yīng)用

只讀存儲(chǔ)器1.1固定只讀存儲(chǔ)器ROM1.2可編程只讀存儲(chǔ)器PROM1.3可改寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器EROMP1.4電察除與FLASH快閃只讀存儲(chǔ)器1.5只讀存儲(chǔ)器舉例1.1固定只讀存儲(chǔ)器ROM

固定只讀存儲(chǔ)器采用掩模工藝制成，因此也稱(chēng)為掩模式只讀存儲(chǔ)器，由廠(chǎng)方生產(chǎn)時(shí)寫(xiě)入。只讀存儲(chǔ)器實(shí)質(zhì)上是一種單向通導(dǎo)的開(kāi)關(guān)矩陣，可由二極管構(gòu)成，也可由MOS管或雙極型晶體管構(gòu)成。

1.由二極管構(gòu)成的只讀存儲(chǔ)器由二極管構(gòu)成的只讀存儲(chǔ)器如圖2.11所示，共有4個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元4位，采用字譯碼方式。若有二極管的位存1，則沒(méi)有二極管的位存0，如圖2.11(b)所示。設(shè)給定地址A1A0=10，表示選中字2，即X2輸出高電平。這樣，第3，1，0列的二極管通導(dǎo)，D3，D1，D0輸出高電平，D2仍輸出低電平，即讀出D3~D0=1011。圖2.11由二極管構(gòu)成的只讀存儲(chǔ)器x0X1X2X3字地址譯碼器D3D2D1D0(a)二極管陣列A0A1

位字012301101101102100131111(b)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)2.復(fù)合譯碼方式的MOS型只讀存儲(chǔ)器除了字譯碼方式外，還有復(fù)合譯碼方式的只讀存存儲(chǔ)器。圖2.12所示是由MOS管構(gòu)成的復(fù)合譯碼方式的1024×1位只讀存儲(chǔ)器。有10條地址線(xiàn)，分成兩部分，其中A4~A0送行地址譯碼器X，經(jīng)譯碼后選擇32行中的某一行；A9~A5送列地址譯碼器Y，經(jīng)譯碼后選譯32列中的某一列。T31~T0為列控制門(mén)。當(dāng)某一行和某一列選中，則交叉處為選中單元，所存數(shù)據(jù)經(jīng)反相器輸出。……Y地址譯碼器31300111T31T30T0……A9A8A7A6A5圖2.12復(fù)合譯碼MOS管只讀存儲(chǔ)器....0131A0A1A2A3A4X地址譯碼器VCC1.2可編程只讀存儲(chǔ)器PROM

可編程只讀存儲(chǔ)器是廠(chǎng)方生產(chǎn)出來(lái)時(shí)，所存信息為0或全1，用戶(hù)買(mǎi)回后可進(jìn)行一次性寫(xiě)入。其構(gòu)成方式有多種，小容量的可由多發(fā)射極晶體管構(gòu)成，采用字譯碼方式，如圖2.13所示。對(duì)于大容量，多采用復(fù)合譯碼方式。其單元電路可由二極管構(gòu)成，也可由MOS型三極管構(gòu)成，如圖2.12所示。若用二極管或多發(fā)射極晶體管構(gòu)成，是在發(fā)射極與位線(xiàn)之間通過(guò)熔絲連接。若用MOS型三極管構(gòu)成，是在漏極與地線(xiàn)之間通過(guò)熔絲連接?！璙CC....

讀寫(xiě)控制電路D7讀寫(xiě)控制電路D0字地址譯碼器X0X31A0A1A2A3A4圖2.13多發(fā)射極晶體管PROM

寫(xiě)入時(shí)，根據(jù)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，有選擇地通一大電流，將某些單元電路中的熔絲燒斷。比如寫(xiě)入0的單元熔絲燒斷，那么寫(xiě)入1的單元熔絲保留。讀出時(shí)，熔絲燒斷的單元無(wú)電流輸出，熔絲保留的單元有電流輸出1。即一次性寫(xiě)入的只讀存儲(chǔ)器。1.3可改寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器EPROM

可改寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器是指其中的內(nèi)容可用特殊手段擦去，然后重新寫(xiě)入?；締卧娐啡鐖D2.14所示，稱(chēng)為浮空柵雪崩注入式MOS電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為FAMOS。VCVDT1T2T4T3VP編程脈沖寫(xiě)入脈沖浮空柵極存儲(chǔ)單元地址選擇(b)連接電路圖2.14可改寫(xiě)EPROM(a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)-----SiO2浮空柵極++++P+P+N

可改寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器是在N型基片上生成兩個(gè)高濃度的P型區(qū)，通過(guò)歐姆接觸分別引出源極S和漏極D。在源極和漏極之間有一個(gè)多晶硅柵極浮空在SiO2絕緣層中，與四周無(wú)直接的電氣聯(lián)接。多晶硅柵下是約1000埃的SiO2，上面有一層約1μm厚的SiO2復(fù)蓋層。這種電路以浮空柵極是否帶電來(lái)表示存1或者0。浮空柵極帶電后(比如負(fù)電荷)，就在其下面，源極和漏極之間感應(yīng)出正的導(dǎo)電溝道，使MOS管通導(dǎo)，表示存入1或0。若浮空柵極不帶電，則不能形成導(dǎo)電溝道，MOS管不通導(dǎo)，即存入0或者1。在構(gòu)成存儲(chǔ)單元時(shí)，需配以MOS管作為地址選擇與讀/寫(xiě)控制，如圖2.14(b)所示。

寫(xiě)入時(shí)，地址選中，T2管通，寫(xiě)入數(shù)據(jù)加在T3管的柵極。寫(xiě)入1時(shí)，T3管加高電平而通導(dǎo)，VC與VD之間加25V的高電壓，于是源漏極之間被瞬時(shí)擊穿，發(fā)生雪崩效應(yīng)，能量大的電子穿過(guò)絕緣層注入浮空棚極中。編程脈沖結(jié)束，T4管截止，注入到浮空柵極中的電子保存下來(lái)，即寫(xiě)入1；若寫(xiě)入0，則T3管棚極加低電平，T3管不通，不發(fā)生雪崩效應(yīng)，浮空柵極無(wú)電子注入。改寫(xiě)時(shí)，用紫外線(xiàn)照射，使浮空棚極中的電子獲得能量，而泄漏掉，然后寫(xiě)入。寫(xiě)入時(shí)的編程脈沖的寬度為50ms。寫(xiě)入后，用金屬薄片將芯片窗口蓋住，以免受到光照。1.4電察除與Flash快閃只讀存儲(chǔ)器1.電察除只讀存儲(chǔ)器E2PROM

電擦除只讀存儲(chǔ)器是通過(guò)一定的電壓(或電流)來(lái)擦除其中存儲(chǔ)的信息，然后重新寫(xiě)入。它的優(yōu)點(diǎn)是能在應(yīng)用系統(tǒng)中在線(xiàn)改寫(xiě)，斷電后信息保存，因此目前得到廣泛的應(yīng)用。工作原理與EPROM類(lèi)似，也是通過(guò)浮空柵極中的電荷表示二進(jìn)制信息。區(qū)別是在E2PROM存儲(chǔ)器的漏極上面增加了一個(gè)隧道二極管，從而生成兩個(gè)浮空柵。這樣，可在外層?xùn)艠O與漏極之間施加不同極性的電壓，以決定電荷進(jìn)入內(nèi)層浮空柵，還是從內(nèi)層浮空柵中逸出。即寫(xiě)入或者擦除。

E2PROM的編程與擦除電流很小，可用普通電源供電，編程/擦除的時(shí)間大約為10mS。2.快閃存儲(chǔ)器(Flashmemory)Flash存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱(chēng)為閃存，與E2PROM類(lèi)似，也是一種電擦寫(xiě)型ROM。與E2PROM的主要區(qū)別是E2PROM是按字節(jié)擦寫(xiě)，速度慢；而閃存是按塊擦寫(xiě)，速度快。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，F(xiàn)lash芯片可分為串行傳輸和并行傳輸兩大類(lèi)型。其中串行傳輸節(jié)約空間和成本，但存儲(chǔ)容量較小，速度慢；而并行Flash存儲(chǔ)容量大，速度快，存取時(shí)間約為65～170ns。

Flash存儲(chǔ)器又分為整體擦除(BulkErase)、自舉塊(BootBlock)和快擦寫(xiě)文件(FlashFile)三種結(jié)構(gòu)。整體擦除是將整個(gè)存儲(chǔ)陣列組織成單一塊，擦除時(shí)整體進(jìn)行。自舉塊結(jié)構(gòu)是將整個(gè)存儲(chǔ)陣列劃分為大小不同的塊，其中一部分用作自舉塊和參數(shù)塊，存儲(chǔ)自舉程序和參數(shù)表；其余為主塊，存儲(chǔ)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；編程時(shí)，每塊可獨(dú)立擦寫(xiě)；其特點(diǎn)是存儲(chǔ)密度大，速度快。塊擦寫(xiě)文件結(jié)構(gòu)是將整個(gè)存儲(chǔ)陣列劃分成大小相等的塊，以塊為單位進(jìn)行擦寫(xiě)，存儲(chǔ)密度更大.1.5只讀存儲(chǔ)器舉例1.Intel2764的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與連接使用

Intel2764是一種8K×8的紫外線(xiàn)擦除EPROM，28個(gè)引腳，雙列直插式，HMOS工藝，速度快，讀取時(shí)間為200ns；其引腳分布和內(nèi)部組成如圖2.15所示，數(shù)據(jù)線(xiàn)8位，地址線(xiàn)13位。圖2.15Intel2764引腳與內(nèi)部組成128227326425524623727642282192010191118121713161415VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVCCN.CPGMD3D7D6D5D4A8A9A11A10CEOE(a)引腳圖OEPGMCEA12～A0輸出片選和編程邏輯Y地址譯碼X地址譯碼輸出緩沖器I/O控制門(mén)8K×8存儲(chǔ)矩陣....(b)內(nèi)部組成

讀出時(shí)，行地址經(jīng)譯碼后選中X方向的某一行，列地址選中列方向Y的某一組。在I/O控制門(mén)的控制下，數(shù)據(jù)經(jīng)輸出緩沖器輸出。當(dāng)為高電平時(shí)，芯片未選中，降低功率使用，最大工作電流75mA，最大靜止電流為35mA。2764的工作方式選擇如表2.3所示；與CPU的連接如圖2.16所示，片選信號(hào)由高位地址譯碼產(chǎn)生。RD/PSEN譯碼器A12～A02764D7～D0CSOEA12～A02764D7～D0CSOEA12～A02764D7～D0CS0EA12～A02764D7～D0CS0E圖2.16用2764組成32K×8的ROM地址鎖存器A7～A0A14A13A12～A8CPUD7～D0ALECEOEPGHVPP

VCC

輸入/輸出

方式

001+5V+5V輸出

讀出

1××+5V+5V高阻態(tài)

靜止等待

01負(fù)脈沖

+21V+5V輸入

編程

001+21V+5V輸出

程序校驗(yàn)

1(×)××(1)+21V+5V高阻態(tài)

編程禁止

表2-32764工作方式選擇2.27512的組成特點(diǎn)

27512是一種64K×8的EPROM，28個(gè)引腳，雙列直插式，引腳分布如圖2.17所示；采用新型固件強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，高密度，高性能價(jià)格比，速度快，單字節(jié)讀取時(shí)間小于250ns；數(shù)據(jù)線(xiàn)8位，地址線(xiàn)16位，單一+5V電源，最大工作電流為100mA，最大靜止電流為40mA。D7A10VCCA13A8A9A11A141282273264255246237275122282192010191118121713161415A15A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND圖2.17Intel27512芯片引腳圖D6D5D4D3CE/PGMOE/VPP3.2864的組成與特點(diǎn)

2864是一種8K×8的電擦除E2PROM，28個(gè)引腳，雙列直插式，引腳分布和內(nèi)部組成如圖2.18所示。數(shù)據(jù)線(xiàn)8位，地址線(xiàn)13位，單一+5V電源，最大工作電流為160mA，最大靜止電流為60mA，單字節(jié)讀取時(shí)間小于250ns。2864A僅需一般TTL電壓信號(hào)即可改寫(xiě)。圖2.18Intel2864引腳與內(nèi)部組成I/O0I/O1I/O2N.CA12A7A6A5A4A3A2A1A0GNDVCCN.CWEI/O3I/O7I/O6I/O5I’O4A8A9A11A10CEOE128227326425524623728642282192010191118121713161415(a)引腳圖(b)內(nèi)部組成X地址譯碼8K×8E2PROM存儲(chǔ)矩陣....A0A7....……CEWEOE控制邏輯…輸入輸出緩沖器/鎖存器D7….D0Y地址譯碼A8A12...引腳名稱(chēng)

A12～A0

地址線(xiàn)

CE片選

OE輸出允許

I/O7～I(xiàn)/O0

數(shù)據(jù)線(xiàn)WE寫(xiě)入

N.C未用

(c)引腳名稱(chēng)

內(nèi)部設(shè)有頁(yè)緩沖器，可按頁(yè)寫(xiě)入，提供編程時(shí)所需要的全部定時(shí)信號(hào)，引腳與6264完全兼容，工作方式如表2.4所示。寫(xiě)入時(shí)，2864有兩種寫(xiě)入方式，一種是字節(jié)寫(xiě)入，另一種是頁(yè)面寫(xiě)入。字節(jié)寫(xiě)入：寫(xiě)入前，自動(dòng)對(duì)所要寫(xiě)入的單元進(jìn)行擦除，不需要專(zhuān)門(mén)的擦除操作。寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的時(shí)間大約為5ms。

表2-42864工作方式選擇CEOEWEI/O7～I(xiàn)/O0方式1××高阻態(tài)維持001DOUT讀出01負(fù)脈沖DIN寫(xiě)入001DOUT查詢(xún)

頁(yè)面寫(xiě)入：內(nèi)部設(shè)置有16字節(jié)的頁(yè)緩沖器，并將整個(gè)存儲(chǔ)器陣列劃分為512頁(yè)，每頁(yè)16字節(jié)。寫(xiě)入過(guò)程分為兩步，首先把數(shù)據(jù)寫(xiě)入頁(yè)緩沖器(稱(chēng)為頁(yè)加載周期)，其次是在內(nèi)部定時(shí)電路的控制下把頁(yè)緩沖器中的內(nèi)容送指定的E2PROM存儲(chǔ)單元(稱(chēng)為頁(yè)存儲(chǔ)周期)。WEA14A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2VSSD7D6D5D4D3VCCA13A8A9A11A10CEOE1282273264255246237282562282192010191118121713161415圖2.19Intel28256芯片引腳圖4.28256的組成特點(diǎn)

28256是一種32K×8的E2PROM，28個(gè)引腳，雙列直插式，引腳分布如圖2.19所示。數(shù)據(jù)線(xiàn)8位，地址線(xiàn)15位，使用單一+5V電源，與62256的引腳完全兼容；修改時(shí)，28256A只需TTL信號(hào)電壓即可修改。5.Flash快閃存儲(chǔ)器AT29C010A的組成與特點(diǎn)

AT29C010A是一種并行，高性能，＋5V在線(xiàn)擦寫(xiě)和單一＋5V供電的閃存芯片。片內(nèi)有1Mbit(128K×8b)的存儲(chǔ)空間，分成1024個(gè)區(qū)，每區(qū)128個(gè)字節(jié)，以區(qū)為單位進(jìn)行編程。AT29C010A的快速讀取時(shí)間為70ns，快速分區(qū)編程周期為10ms，低功率電流50mA，CMOS維持電流100μA。

AT29C010A的內(nèi)部組成如圖2.20所示，片內(nèi)有2個(gè)8KB的可鎖定自舉模塊，用來(lái)存儲(chǔ)自舉程序和參數(shù)表。數(shù)據(jù)線(xiàn)8位，地址線(xiàn)17位，尋址范圍1Mbit。其中高位地址線(xiàn)A16～A7提供1024個(gè)分區(qū)地址，低位地址A6～A0提供每個(gè)分區(qū)內(nèi)128個(gè)字節(jié)單元的地址。AT29C010A的工作方式與E2PROM相同，按字節(jié)讀出。但在編程寫(xiě)入時(shí)與E2PROM不同，按區(qū)進(jìn)行。每區(qū)128字節(jié)，如果某分區(qū)有一個(gè)數(shù)據(jù)需要