(电子技术教学课件)ch10数字系统的应用

第十章数字系统的应用一、半导体存储器二、可编程逻辑器件三、摸量和数字量的转换量1第十章数字系统的应用一、半导体存储器二、可编程逻辑器件三半导体存储器概述

只读存储器(ROM)

读写存储器(RAM)2半导体存储器概述只读存储器(ROM)读概述存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成电路，是进一步完善数字系统功能的重要部件。它实际上是将大量存储器按一定规律结合起来的整体，可以被比喻为一个由许多房间组成的大旅馆。每个房间有一个号码（地址码），每个房间内有一定内容（一个二进制数码，又称为一个“字”）。(2)读写存储器(RAM)(1)只读存储器(ROM)半导体存储器可分为两大类：3概述存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成只读存储器(ROM)只读存储器在工作时其存储内容是固定不变的，因此，只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。ROM的基本结构及工作原理ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出电路三部分组成。下图是一个最简单的二极管ROM电路：ReadOnlyMemory...4只读存储器(ROM)只读存储器在工作时其存储A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端输出电路存储矩阵字线位线5A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-V000011111111111000000001地址A1A0D3D2D1D0内容位线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端字线输入任意一个地址码，译码器就可使与之对应的某条字线为高电平，进而从位线上读出四位输出数字量。见书Ｐ2766000011111111111000000001地址A+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左图是使用MOS管的ROM矩阵：有MOS管的单元存储“0”，无MOS管的单元存储“1”。P278简化图7+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左图是使在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在出厂时已被完全固定下来，使用时不能变动，称为固定ROM。有一种可编程序的ROM，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,然而只能改写一次，称其为PROM。字线位线熔断丝若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。8在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在PROM中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的ROM，简称EPROM。它所存储的信息可以用紫外线或X射线照射檫去，然后又可以重新编制信息。存储容量是ROM的主要技术指标之一，它一般用[存储字数：2N].[输出位数：M]来表示(其中N为存储器的地址线数)。例如：128(字).8(位)、1024(字)8(位)等等。.9PROM中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，ROM的应用举例1.用于实现逻辑函数P27810ROM的应用举例1.用于实现逻辑函数P278102.ROM在波形发生器中的应用ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963112.ROM在波形发生器中的应用ROMD/A计数器CP计数tuo0ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296312tuo0ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A3用ROM构成字符发生器133用ROM构成字符发生器13141415151616读写存储器(RAM)读写存储器又称随机存储器。读写存储器的特点是：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称RAM。RandomAccessMemory...RAM按功能可分为静态、动态两类；RAM按所用器件又可分为双极型和MOS型两种。17读写存储器(RAM)读写存储器又称随机存储器。W3W2W1W0地址译码器读写及输入/输出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D1D0D0存储矩阵存储器的整体结构P283图10-918W3W2W1W0地址译码器读写及输入/输出控制I/ORAM组件及其连接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管脚图2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管脚图A2A711112141324A8D5D6D7RDWR19RAM组件及其连接12345678918171615141.扩大RAM(如2114)的位数要达到这个目的方法很简单，只要把各片地址线对应连接在一起，而数据线并联使用即可，示范接线如下图：D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0......D6D5D4D1D3D2D0...CSR/WA0A92114(1)2114(2)用(两片2114)1024×4构成1024×8201.扩大RAM(如2114)的位数要2.增加RAM(如2114)的字数通过用1024×4(4片2114)构成4096×4为例，介绍解决这类问题的办法。(1).访问4096个单元，必然有12根地址线；(2).访问RAM2114，只需10根地址线，尚余2根地址线；(3).设法用剩余的2根地址线去控制4个2114的片选端。思路：212.增加RAM(如2114)的字数通过CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D324译码器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y322CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1A11A10选中片序号对应的存储单元001110012114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000~10231024~20472048~30713072~409523A11A10选中片序号对应的存储单元00可编程逻辑器件二、可编程只读存储器(PROM)一、可编程逻辑器件的构成三、可编程阵列逻辑PLA四、通用阵列逻辑GAL24可编程逻辑器件二、可编程只读存储器(PROM)一、可编程一、可编程逻辑器件的构成每个器件的逻辑规模小，功耗相对比较大，用其构成的系统布线复杂，占用PCB(PrintedCircuitBoard)板面积大。按逻辑功能数字芯片电路可分为:1.通用型:TTL74系列、CMOS4000系列等25一、可编程逻辑器件的构成每个器件的逻辑规模小，功耗相对比按2.专用型：为专门限定的产品或应用设计的产品ASIC-----ApplicationSpecificintegratedCircuit专用型比通用型用量少，因而设计成本与制造成本都高，262.专用型：为专门限定的产品或应用设计ASIC-----ASIC全定制半定制PLD用户不可改硬件的软化设计3.CPLD--complex4.FPGA--FieldGate2.GAL--Generic1.PAL--Arraylogic27ASIC全定制半定制用户不可改硬件的软化设计3.CPLD硬件的软化设计一个器件的逻辑功能可以通过编程来配置.28硬件的软化设计一个器件的逻辑功能可以通过编程来28可编程器件的结构：输入电路“与”阵列“或”阵列输出电路……29可编程器件的结构：输入电路“与”阵列“或”阵列输出电路……2PLD中逻辑器件的符号:1.互补缓冲器AAA2.固定连接3.编程连接4.被擦除30PLD中逻辑器件的符号:1.互补缓冲器AAA2.固定连接3.5.与逻辑&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.或逻辑315.与逻辑&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.二、可编程只读存储器（PROM

）与阵列P287&&&&&&&&或阵列32二、可编程只读存储器（PROM）与阵列P287&&&&&&例：试用PROM实现逻辑函数33例：试用PROM实现逻辑函数33ROM:与阵列是固定的，是不可编程的，叫做完全译码器，如果有n位地址输入，与阵列就必须存储2n个最小项。或阵列根据需要是可编程的。ROM的缺点：不使用的最小项占用存储容量。PLA特点:与阵列、或阵列都是可编程的，不使用的最小项不占用存储容量。一、PLA的结构与工作原理地址码与阵列字线或阵列位线与阵列存放的不是最小项，而是与项。与项相加，可编程逻辑函数不用最小项之和表达式，而是用最简与－或表达式。三、可编程逻辑阵列（PLA)34ROM:与阵列是固定的，是不可编程的，叫做完例：用PLA实现4位二进制到格雷码的转换。ABCDWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000解：1、列状态转换真值表2、写出逻辑函数最简与－或式。写出与－或表达式有几种方法？★卡诺图法。★直接观擦法。W=AX=A⊕BY=B⊕CZ=C⊕D地址译码器输出字线是7个与项而不是最小项。令字线：W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6格雷码输出：35例：用PLA实现4位二进制到格雷码的转换。ABCDWXYZ0★4个地址变量，八条线，原、反变量都需要。★有几个与项画几条字线。3、画PLA阵列图W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6与阵列存储容量为：8X7=56或阵列存储容量为：4X7=28总存储容量为：84同样一个码制变换电路，ROM占用192个存储单元，而PLA只占用84个存储单元。用同样的硅片面积PLA可以实现更多逻辑功能。★或阵列是与项相加36★4个地址变量，八条线，原、反变量都需要。★有几个与项画几条同理：P291例６题图是p290图10-2037同理：P291例６题图是p290图10-2037数/模与模/数变换器一、概述二、D/A变换器三、A/D变换器38数/模与模/数变换器一、概述二、D/A变换器三、数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模变换器(简称D/A变换器);能将模拟量转换为数字量的装置称为模/数变换器(简称A/D变换器)。下面，对这两个器件的工作原理及其简单应用做一些介绍是十分必要的。一、概述39数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重二、D/A变换器由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换器的基本思想。D/A变换器的电路形式很多，这里只介绍两种。40二、D/A变换器由于构成数字代码的1权电阻D/A变换器++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。411权电阻D/A变换器++-AuoS2S3S1S0RR/2++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k电子模拟开关(S0~S3)是受二进制数D0~D3控制并由电子器件构成的开关。当DK

＝1

时，则开关SK接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚地点；当Dk＝0时，开关Sk接到位置0，将相应电流直接接地而不进运放。42++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1T1T2SDa模拟电子开关的简化原理电路当D=1时，T2管饱和导通，T1管截止，则S与a点通；当D=0时，T1管饱和导通，T2管截止，则S被接地。前者相当于开关S接到“1”端，后者则相当于开关S接到“0

”端。43T1T2SDa模拟电子开关的简化原理电路当D=++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80kUo=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根据反相比例运算公式可得：显然，输出模拟电压的大小直接与输入二进制数的大小成正比，从而实现了数字量到模拟量的转换。44++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R12T形解码网络D/A变换器(以4位为例)++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCD由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、B、A四点的电位逐位减半，下面分析输入数字量和输出模拟电压uo之间的关系:452T形解码网络D/A变换器(以4位为例)++-Auo3、D/A转换器的输出方式单极性输出方式：>0或者<0双极性输出方式:见p295463、D/A转换器的输出方式单极性输出方式：>0或者<0双++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDUD=UDUc=UD/2UB=UD/4UA=UD/8即：因此，每个2R支路中的电流也逐位减半。47++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI=I3+I2+I1+I0UD2R=D3UD16RD0UD8RD1UD4RD2+++=UD16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=UDRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo-48++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R03D/A变换器的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压之比。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。１）分辨率２）线性度通常用非线性误差的大小表示D/A变换器的线性度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。３）输出电压(电流)的建立时间493D/A变换器的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压4集成电路D/A变换器DAC0832及其应用D/A变换器集成电路有多种型号。下面仅以DAC0832为例来介绍集成电路D/A变换器。它是八位的D/A变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。下图是它的内部简化电路框图和管脚图：504集成电路D/A变换器DAC0832及其应用ADC0832简化电路框图八位寄存器(1)输入八位寄存器(2)输入八位变换器－＋＋URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0......1151ADC0832简化电路框图八位寄存器(1)输入八位寄存器ADC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout2123456789101918171615141312112052ADC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5三、A/D变换器A/D变换器的任务是将模拟量转换成数字量,它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。下面介绍两种A/D变换电路的原理和一种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。53三、A/D变换器A/D变换器的任务是将模拟1并联比较型-++-++-++-++-++-++-++uxUsRRRRRRRRD2D1D0数字输出AGFECDB编码器7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8电路如左图所示。它由三部分组成:分压器、比较器和编码器。这种A/D变换器的优点是转换速度快，缺点是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。541并联比较型-++-++-++-++-++-++-++u比较器输入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>0ABCDEFGD2D0D1编码器输出输入电压ux11111111111111110000111110000000000000000000000000000000001111111111111111111000逻辑状态关系表55比较器输入E>ux>7E/87E/8>u2逐次逼近型其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：砝码重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝码总重<待测重量Wx，故保留砝码总重仍<待测重量Wx，故保留砝码总重>待测重量Wx，故撤除砝码总重＝待测重量Wx，故保留暂时结果8克12克12克13克

结论562逐次逼近型其工作原理可用天平秤重过程作－＋＋10001000A/Dux(待转换的模拟电压)uouc控制逻辑数码寄存器移位寄存器时钟清0、置数清0、置数CP、(移位命令)“1”状态是否保留控制端57－＋＋10001000A/Dux(待转换的模拟电压)3A/D变换器的主要技术指标一、分辨率：以输出二进制代码的位数表示分辨率。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。二、转换速度：完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转换命令起直到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。三、相对精度：实际转换值和理想特性之间的最大偏差。四、其它：功率。电源电压、电压范围等。583A/D变换器的主要技术指标一、分辨率4集成电路A/D转换器ADC0804及其应用ADC0804是分辨率为八位的模数转换组件,采用逐次逼近型工作原理。A/D变换组件也有多种型号可供选择，如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等。使用者可根据任务要求进行选择。下面以ADC0804为例，介绍集成电路A/D变换器。594集成电路A/D转换器ADC0804及其应用++-++-11控制逻辑时钟CP电阻网络及电子开关数据寄存器移位寄存器八位三态输出锁存器Uin(+)Uin(-)UccUR/2AGND......D7D0WRCSINTRRDCSDAC0804内部电路框图60++-++-11控制逻辑时钟CP电阻网络及电子开关数据寄存CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/2DGND1234567891019181716151413121120RDCLKRCLKinINTRUin(+)Uin(-)DAC0804管脚分布图61CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/~~转换时间约100微秒~~~~~~~~~~CSWRINTRRD数据读出ADC0804工作时序图62~~转换时间约100微秒~~~~~~~~~~CSWRIN控制端CSWRRDINTR对输入模拟信号进行A/D变换在WR上升沿后约100微秒变换完成。

RD=0时三态门接通外部总线,RD=1时三态门处于高阻态。当A/D变换结束时，INTR自动变低以便通知其它设备(如计算机)取结果，在RD前沿后INTR自动变高。读出输出数字信号中断请求功能说明0063控制端CSWRRDINTR对输入模拟信第十章数字系统的应用一、半导体存储器二、可编程逻辑器件三、摸量和数字量的转换量64第十章数字系统的应用一、半导体存储器二、可编程逻辑器件三半导体存储器概述

只读存储器(ROM)

读写存储器(RAM)65半导体存储器概述只读存储器(ROM)读概述存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成电路，是进一步完善数字系统功能的重要部件。它实际上是将大量存储器按一定规律结合起来的整体，可以被比喻为一个由许多房间组成的大旅馆。每个房间有一个号码（地址码），每个房间内有一定内容（一个二进制数码，又称为一个“字”）。(2)读写存储器(RAM)(1)只读存储器(ROM)半导体存储器可分为两大类：66概述存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成只读存储器(ROM)只读存储器在工作时其存储内容是固定不变的，因此，只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。ROM的基本结构及工作原理ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出电路三部分组成。下图是一个最简单的二极管ROM电路：ReadOnlyMemory...67只读存储器(ROM)只读存储器在工作时其存储A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端输出电路存储矩阵字线位线68A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-V000011111111111000000001地址A1A0D3D2D1D0内容位线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端字线输入任意一个地址码，译码器就可使与之对应的某条字线为高电平，进而从位线上读出四位输出数字量。见书Ｐ27669000011111111111000000001地址A+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左图是使用MOS管的ROM矩阵：有MOS管的单元存储“0”，无MOS管的单元存储“1”。P278简化图70+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左图是使在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在出厂时已被完全固定下来，使用时不能变动，称为固定ROM。有一种可编程序的ROM，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,然而只能改写一次，称其为PROM。字线位线熔断丝若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。71在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在PROM中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的ROM，简称EPROM。它所存储的信息可以用紫外线或X射线照射檫去，然后又可以重新编制信息。存储容量是ROM的主要技术指标之一，它一般用[存储字数：2N].[输出位数：M]来表示(其中N为存储器的地址线数)。例如：128(字).8(位)、1024(字)8(位)等等。.72PROM中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，ROM的应用举例1.用于实现逻辑函数P27873ROM的应用举例1.用于实现逻辑函数P278102.ROM在波形发生器中的应用ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963742.ROM在波形发生器中的应用ROMD/A计数器CP计数tuo0ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296375tuo0ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A3用ROM构成字符发生器763用ROM构成字符发生器13771478157916读写存储器(RAM)读写存储器又称随机存储器。读写存储器的特点是：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称RAM。RandomAccessMemory...RAM按功能可分为静态、动态两类；RAM按所用器件又可分为双极型和MOS型两种。80读写存储器(RAM)读写存储器又称随机存储器。W3W2W1W0地址译码器读写及输入/输出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D1D0D0存储矩阵存储器的整体结构P283图10-981W3W2W1W0地址译码器读写及输入/输出控制I/ORAM组件及其连接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管脚图2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管脚图A2A711112141324A8D5D6D7RDWR82RAM组件及其连接12345678918171615141.扩大RAM(如2114)的位数要达到这个目的方法很简单，只要把各片地址线对应连接在一起，而数据线并联使用即可，示范接线如下图：D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0......D6D5D4D1D3D2D0...CSR/WA0A92114(1)2114(2)用(两片2114)1024×4构成1024×8831.扩大RAM(如2114)的位数要2.增加RAM(如2114)的字数通过用1024×4(4片2114)构成4096×4为例，介绍解决这类问题的办法。(1).访问4096个单元，必然有12根地址线；(2).访问RAM2114，只需10根地址线，尚余2根地址线；(3).设法用剩余的2根地址线去控制4个2114的片选端。思路：842.增加RAM(如2114)的字数通过CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D324译码器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y385CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1A11A10选中片序号对应的存储单元001110012114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000~10231024~20472048~30713072~409586A11A10选中片序号对应的存储单元00可编程逻辑器件二、可编程只读存储器(PROM)一、可编程逻辑器件的构成三、可编程阵列逻辑PLA四、通用阵列逻辑GAL87可编程逻辑器件二、可编程只读存储器(PROM)一、可编程一、可编程逻辑器件的构成每个器件的逻辑规模小，功耗相对比较大，用其构成的系统布线复杂，占用PCB(PrintedCircuitBoard)板面积大。按逻辑功能数字芯片电路可分为:1.通用型:TTL74系列、CMOS4000系列等88一、可编程逻辑器件的构成每个器件的逻辑规模小，功耗相对比按2.专用型：为专门限定的产品或应用设计的产品ASIC-----ApplicationSpecificintegratedCircuit专用型比通用型用量少，因而设计成本与制造成本都高，892.专用型：为专门限定的产品或应用设计ASIC-----ASIC全定制半定制PLD用户不可改硬件的软化设计3.CPLD--complex4.FPGA--FieldGate2.GAL--Generic1.PAL--Arraylogic90ASIC全定制半定制用户不可改硬件的软化设计3.CPLD硬件的软化设计一个器件的逻辑功能可以通过编程来配置.91硬件的软化设计一个器件的逻辑功能可以通过编程来28可编程器件的结构：输入电路“与”阵列“或”阵列输出电路……92可编程器件的结构：输入电路“与”阵列“或”阵列输出电路……2PLD中逻辑器件的符号:1.互补缓冲器AAA2.固定连接3.编程连接4.被擦除93PLD中逻辑器件的符号:1.互补缓冲器AAA2.固定连接3.5.与逻辑&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.或逻辑945.与逻辑&Z=ACEABCDEZ=A+C+EABCDE6.二、可编程只读存储器（PROM

）与阵列P287&&&&&&&&或阵列95二、可编程只读存储器（PROM）与阵列P287&&&&&&例：试用PROM实现逻辑函数96例：试用PROM实现逻辑函数33ROM:与阵列是固定的，是不可编程的，叫做完全译码器，如果有n位地址输入，与阵列就必须存储2n个最小项。或阵列根据需要是可编程的。ROM的缺点：不使用的最小项占用存储容量。PLA特点:与阵列、或阵列都是可编程的，不使用的最小项不占用存储容量。一、PLA的结构与工作原理地址码与阵列字线或阵列位线与阵列存放的不是最小项，而是与项。与项相加，可编程逻辑函数不用最小项之和表达式，而是用最简与－或表达式。三、可编程逻辑阵列（PLA)97ROM:与阵列是固定的，是不可编程的，叫做完例：用PLA实现4位二进制到格雷码的转换。ABCDWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000解：1、列状态转换真值表2、写出逻辑函数最简与－或式。写出与－或表达式有几种方法？★卡诺图法。★直接观擦法。W=AX=A⊕BY=B⊕CZ=C⊕D地址译码器输出字线是7个与项而不是最小项。令字线：W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6格雷码输出：98例：用PLA实现4位二进制到格雷码的转换。ABCDWXYZ0★4个地址变量，八条线，原、反变量都需要。★有几个与项画几条字线。3、画PLA阵列图W=P0X=P1+P2Y=P3+P4Z=P5+P6与阵列存储容量为：8X7=56或阵列存储容量为：4X7=28总存储容量为：84同样一个码制变换电路，ROM占用192个存储单元，而PLA只占用84个存储单元。用同样的硅片面积PLA可以实现更多逻辑功能。★或阵列是与项相加99★4个地址变量，八条线，原、反变量都需要。★有几个与项画几条同理：P291例６题图是p290图10-20100同理：P291例６题图是p290图10-2037数/模与模/数变换器一、概述二、D/A变换器三、A/D变换器101数/模与模/数变换器一、概述二、D/A变换器三、数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模变换器(简称D/A变换器);能将模拟量转换为数字量的装置称为模/数变换器(简称A/D变换器)。下面，对这两个器件的工作原理及其简单应用做一些介绍是十分必要的。一、概述102数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重二、D/A变换器由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换器的基本思想。D/A变换器的电路形式很多，这里只介绍两种。103二、D/A变换器由于构成数字代码的1权电阻D/A变换器++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。1041权电阻D/A变换器++-AuoS2S3S1S0RR/2++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80k电子模拟开关(S0~S3)是受二进制数D0~D3控制并由电子器件构成的开关。当DK

＝1

时，则开关SK接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚地点；当Dk＝0时，开关Sk接到位置0，将相应电流直接接地而不进运放。105++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1T1T2SDa模拟电子开关的简化原理电路当D=1时，T2管饱和导通，T1管截止，则S与a点通；当D=0时，T1管饱和导通，T2管截止，则S被接地。前者相当于开关S接到“1”端，后者则相当于开关S接到“0

”端。106T1T2SDa模拟电子开关的简化原理电路当D=++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5kR=80kUo=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根据反相比例运算公式可得：显然，输出模拟电压的大小直接与输入二进制数的大小成正比，从而实现了数字量到模拟量的转换。107++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R12T形解码网络D/A变换器(以4位为例)++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCD由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、B、A四点的电位逐位减半，下面分析输入数字量和输出模拟电压uo之间的关系:1082T形解码网络D/A变换器(以4位为例)++-Auo3、D/A转换器的输出方式单极性输出方式：>0或者<0双极性输出方式:见p2951093、D/A转换器的输出方式单极性输出方式：>0或者<0双++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDUD=UDUc=UD/2UB=UD/4UA=UD/8即：因此，每个2R支路中的电流也逐位减半。110++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI=I3+I2+I1+I0UD2R=D3UD16RD0UD8RD1UD4RD2+++=UD16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=UDRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo-111++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R03D/A变换器的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压之比。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。１）分辨率２）线性度通常用非线性误差的大小表示D/A变换器的线性度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。３）输出电压(电流)的建立时间1123D/A变换器的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压4集成电路D/A变换器DAC0832及其应用D/A变换器集成电路有多种型号。下面仅以DAC0832为例来介绍集成电路D/A变换器。它是八位的D/A变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。下图是它的内部简化电路框图和管脚图：1134集成电路D/A变换器DAC0832及其应用ADC0832简化电路框图八位寄存器(1)输入八位寄存器(2)输入八位变换器－＋＋URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA/DD7D0......11114ADC0832简化电路框图八位寄存器(1)输入八位寄存器ADC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120115ADC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5三、A/D变换器A/D变换器的任务是将模拟量转换成数字量,它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。下面介绍两种A/D变换电路的原理和一种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。116三、A/D变换器A/D变换器的任务