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文档简介
单稳态触发器具有一个稳态。在外部触发信号的作用下,其进入暂稳态,当外部触发条件消失后(通常很快消失),暂稳态持续一段时间后,自行回到稳态.单稳态触发器可以由门电路构成,也可以由555定时器构成。暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。单稳态触发器主要用于定时,它不能自动地产生矩形脉冲,但却可把其它形状的信号变换成为矩形波,用途很广。本章小结:
多谐振荡器是一种自激振荡电路,不需要外加输入信号,就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成,也可以由施密特触发器、单稳态触发器或者555定时器构成。多谐振荡器没有稳态,所以又称为无稳电路。在多谐振荡器中,由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态,其“触发”信号是由电路内部电容充(放)电提供的,因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。
555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件,多用于脉冲产生、整形及定时等。本章小结:本章小结:
施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性,所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成,也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。单稳态触发器多谐振荡器施密特触发器555定时器的应用练习一:图为一心律失常报警电路,vI是经过放大后的心电信号,其幅值vIm=4V。(1)对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形;
(2)说明电路的组成及工作原理。练习二、一过压监视电路如图所示,试说明当监视电压vx超过一定值时,发光二极管D将发出闪烁的信号。
提示:当晶体管T饱和时,555的管脚1端可认为处于地电位。
练习三:间歇振荡器声响电路振荡器Ⅰ的输出电压uo1,接到振荡器Ⅱ中555定时器的复位端(4脚),当uo1为高电平时振荡器Ⅱ振荡,为低电平时555定时器复位,振荡器Ⅱ停止震荡。练习四:报警器7.2随机存取存储器(RAM)7.1只读存储器(ROM)7.3可编程逻辑器件(PLD)7存储器和可编程逻辑器件教学基本要求:掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址、等基本概念。理解RAM、ROM的工作原理了解RAM、ROM的典型应用。理解PLD的结构及工作原理。(2)ROM--ReadOnlyMemory(1)
RAM--RandomAccessMemory半导体存储器可分为两大类:存储器RAM(Random-AccessMemory)ROM(Read-OnlyMemory)固定ROM可编程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(StaticRAM):静态RAMDRAM(DynamicRAM):动态RAMFLASH
存储器是用来存储二值信息的大规模集成电路,是数字系统重要部件。存储容量:存储二值信息的总量。存储容量=字数*位数=2n*m(n为存储器地址线个数
,m为字长即数据线的个数)。地址线:7数据线:8128(字)*8(位)=27*8例:1K=210=1024;1M=220=1024K;1G=230=1024M字数:字的总量。字长(位数):表示一个信息的多位二进制码称为一个字,字的位数称为字长。地址:每个字的编号。字数=2n(n为存储器外部地址线的线数)基本概念:1024(1K)字*8(位)=210*8地址线:10数据线:8
RAM是随机存取存储器,在任意时刻,对任意单元可进行存/取(即:写入/读出)操作。RAM特点:灵活-程序、数据可随时更改;易失-断电或电源电压波动,会使内容丢失。
ROM是只读存储器,在正常工作状态只能读出信息,不能随时写入。ROM特点:非易失性-信息一旦写入,即使断电信息也不会丢失。常用于存放固定信息(如程序、常数等)。编程较麻烦-需用专用编程器。7.1只读存储器
只读存储器,工作时内容只能读出,不能随时写入,所以称为只读存储器。(Read-OnlyMemory)ROM的分类按写入情况划分
固定ROM可编程ROMPROMEPROME2PROM按存贮单元中器件划分
二极管ROM三极管ROMMOS管ROM一、ROM的定义与基本结构FlashMemory存储矩阵
地址译码器地址输入数据输出控制信号输入输出控制电路地址译码器存储矩阵输出控制电路
ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和输出缓冲器三部分组成。1、二极管ROM结构示意图存储矩阵位线字线输出控制电路存储容量=44地址译码器二、固定ROM字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有二极管相当存1,无二极管相当存0当OE=1时输出为高阻状态000101111101111010001101地址A1A0D3D2D1D0内容当OE=0时字线存储矩阵位线字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有MOS管相当存0,无MOS管相当存1。该存储器的容量=?2、MOS管ROM结构示意图二维译码3、三极管ROM和MOS管ROM
可编程序的ROM,在出厂时全部存储“1”,用户根据需要将某些单元改写为“0”,但是,只能改写一次,称为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。三、可编程ROM1、可编程PROM存储或矩阵字线位线二极管PROM—以4×4为例存储单元1011111000111100译码与矩阵输出缓冲器任何时刻只有一根字线为高电平。SIMOS管利用浮栅是否累积有负电荷来存储二值数据。存储单元采用N沟道叠栅管(SIMOS)。其结构如下:写入数据前,浮栅不带电荷,要想使其带负电荷,需在漏、栅级上加足够高的电压25V即可。若想擦除,可用紫外线或X射线,距管子2厘米处照射15-20分钟。当浮栅上没有电荷时,给控制栅加上控制电压,MOS管导通.2、可擦除可编程ROM(EPROM)可编程EPROM(256X1位)256个存储单元排成1616的矩阵行译码器从16行中选出要读的一行列译码器再从选中的一行存储单元中选出要读的一列的一个存储单元。如选中的存储单元的MOS管的浮栅注入了电荷,该管截止,读得1;相反读得0与EPROM的区别是:浮栅延长区与漏区N+之间的交叠处有一个厚度约为80A(埃)的薄绝缘层。可用电擦除信息,写入就是擦除过程,以字为单位,速度高,可重复擦写1万次。3、电可擦E2ROM(隧道MOS)与EPROM的区别是:1.闪速存储器存储单元MOS管的源极N+区大于漏极N+区,而SIMOS管的源极N+区和漏极N+区是对称的;
2.浮栅到P型衬底间的氧化绝缘层比SIMOS管的更薄。4、快闪存储器FlashMemory可用电擦除信息,擦除过后才能写入,擦除以块为单位。2716、2816:2kX8四、集成ROM芯片介绍集成电路OTP-EPROM——AT27C010128K*8位ROM
OneTimeProgrammableEPROM举例——2764五.ROM容量的扩展(1)字长的扩展(位扩展)现有型号的EPROM,输出多为8位。下图是将两片2764扩展成8k×16位EPROM的连线图。例:用8片2764扩展成64k×8位的EPROM:(2)字数扩展(地址码扩展)(1)用于存储固定的数据、表格(2)查表或码制变换五、
ROM的简单应用(3)用户程序的存贮(4)构成组合逻辑电路
把变量值作为地址码,对应的函数值作为存放在该地址内的数据,这称为“造表”。使用时,根据输入的地址,就可在输出端得到所需的函数值,这称为“查表”。例:查某个角度的三角函数
码制变换--把欲变换的编码作为地址,把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。0000000100101001…例1用ROM实现十进制译码显示电路。例2用ROM实现逻辑函数。2/4线译码器A1A000011011D0D1D2D3【解】
(1)写出各函数的标准与或表达式:按A、B、C、D顺序排列变量,将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。【例3】试用ROM实现下列函数:(2)选用16×4位ROM,画存储矩阵连线图:例3ROM在波形发生器中的应用A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34ot
o0CI3I2I1I0二进制码O3O2O1O0格雷码CI3I2I1I0格雷码O3O2O1O0二进制码000000000100000000000010001100010001000100011100100011000110010100110010001000110101000111001010111101010110001100101101100100001110100101110101010001100110001111010011101110011110010101111110101100010111110110111101011001010111001000011011011111011001011101001111101011011111000111111010例4用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路六、ROM的读操作与时序图(自学)(2)加入有效的片选信号(3)使输出使能信号有效,经过一定延时后,有效数据出现在数据线上;(4)让片选信号或输出使能信号无效,经过一定延时后数据线呈高阻态,本次读出结束。(1)欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端;7.2随机存取存储器(RAM)一、RAM的结构与工作原理存储矩阵用于存放二进制数,一个单元放一位也可将若干位组成字统一寻址,排列成矩阵形式。读/写控制电路完成对选中的存储单元进行读出或写入数据的操作。把信息存入存储器的过程称为“写入”操作。反之,从存储器中取出信息的过程称为“读出”操作。地址译码器的作用是对外部输入的地址码进行译码,以便唯一地选择存储矩阵中一个存储单元。
例如:容量为256×1的存储器(1)地址译码器8根列地址选择线32根行地址选择线32×8=256个存储单元译码方式单译码双译码---n位地址,译码输出2n个地址选择线,可寻址2n
个字---将地址分成两部分,分别由行译码器和列译码器共同译码其输出为存储矩阵的行列选择线,由它们共同确定欲选择的地址单元。若给出地址A7-A0=00100001,将选中哪个存储单元读/写?
若容量为256×4的存储器,有256个字,8根地址线A7-A0,但其数据线有4根,每字4位。8根列地址选择线32根行地址选择线1024个存储单元
若给出地址A7-A0=00011111,哪个单元的内容可读/写?
(2)存储矩阵静态RAM存储单元(SRAM)--以六管静态存储单元为例基本RS触发器控制该单元与位线的通断控制位线与数据线的通断Xi
=0,T5、T6截止,触发器与位线隔离。T1-T6构成一个存储单元。T3、T4为负载,T1、T2为基本RS触发器。来自行地址译码器的输出Xi
=1,T5、T6导通,触发器与位线接通。Yj
=1,T7
、T8导通,触发器的输出与数据线接通,该单元数据可传送。动态RAM存储单元(DRAM)
--以三管和单管动态存储单元为例由于漏电流的存在,电容上存储的数据(电荷)不能长久保存,因此必须定期给电容补充电荷,以避免存储数据的丢失,这种操作称为再生或刷新。存储数据的电容存储单元写入数据的控制门读出数据的控制门写入刷新控制电路(3)片选信号与读/写控制电路当CS=0时,选中该单元.
若R/W=1,三态门1、2关,3开,数据通过门3传到I/O口,进行读操作;当CS=1时,三态门均为高阻态,I/O口与RAM内部隔离。
当Xi和Yi中有一消失,该单元与数据线联系被切断,由于互锁作用,信息将被保存。若R/W=0,门1、2开,门3关,数据将从I/O口通过门1、2,向T7、T8写入,进行写操作。二、RAM存储器容量的扩展位扩展可以利用芯片的并联方式实现。即地址线、读/写线、片选信号对应并联,各I/O口作为整个RAM输入/出数据端的一位。···CE┇A11A0···WED0D1
D2
D3WECEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3D12D13D14D15CEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3WE1.字长(位数)的扩展---用4KX4位的芯片组成4K*16位的存储系统。2.字数的扩展—用用8KX8位的芯片组成32K*8位的存储系统。RAM1D0D7A0A12CE1芯片数=4RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1系统地址线数=15系统:A0~A14
A13~A14?2000H2001H2002H┇3FFFH4000H400H4002H┇5FFFH6000H6001H6002H┇7FFFH0000H0001H0002H┇1FFFH芯片:A0~A12
32K×8位存储器系统的地址分配表各RAM芯片译码器有效输出端扩展的地址输入端A14A138K×8位RAM芯片地址输入端
A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0对应的十六进制地址码
Ⅰ
00
00000
0
0
0
0
0
0
0
000000
0
0
0
0
0
0
0
100000
0
0
0
0
0
0
1
0┇11111
1
1
1
1
1
1
1
10000H0001H0002H┇1FFFH
Ⅱ
01
00000
0
0
0
0
0
0
0
000000
0
0
0
0
0
0
0
100000
0
0
0
0
0
0
1
0┇11111
1
1
1
1
1
1
1
12000H2001H2002H┇3FFFH
Ⅲ
10
00000
0
0
0
0
0
0
0
000000
0
0
0
0
0
0
0
100000
0
0
0
0
0
0
1
0┇11111
1
1
1
1
1
1
1
14000H400H4002H┇5FFFH
Ⅳ
Y0
Y1
Y2
Y3
11
00000
0
0
0
0
0
0
0
000000
0
0
0
0
0
0
0
100000
0
0
0
0
0
0
1
0┇11111
1
1
1
1
1
1
1
16000H6001H6002H┇7FFFH
字数的扩展可以利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端来实现。3.字数、位数同时扩展用256×4的RAM扩展为1K×8位的RAM
Y0Y1Y2Y32/4A9A8A0-A74256×4256×4CSI/OI/OCS84256×4256×4CSI/OI/OCS844…高四位低四位三、集成
RAM芯片6264芯片是静态SRAM,28脚双列直插封装。动态DRAM2114从逻辑功能的特点来看,数字电路可分为通用型和专用型两种。前面介绍的都属于通用型。如门电路、计数器、寄存器等。有很多电路实现复杂逻辑功能,是为专门设计的集成电路,称为专用集成电路,简称ASIC。7.3可编程阵列逻辑器件PLDPLD(ProgrammableLogicalDevice)可编程逻辑器件,属于通用器件,其逻辑功能是由用户通过编程来设定的。PLD的集成度很高,足以满足一般数字系统的要求。。
1、PLD的结构、表示方法与门阵列或门阵列乘积项和项PLD主体输入电路输入信号互补输入输出电路输出函数反馈输入信号
可由或阵列直接输出,构成组合输出;通过寄存器输出,构成时序方式输出。1)、PLD的基本结构与门阵列或门阵列乘积项和项互补输入2).
PLD的逻辑符号表示方法(1)
连接的方式(2)基本门电路的表示方式F1=A•B•C与门或门ABCDF1
AB
C&
L
AB
C≥1L
DF1=A+B+C+D输出恒等于0的与门(3)编程连接技术
PLD表示的与门熔丝工艺的与门原理图三态输出缓冲器输出为1的与门输入缓冲器VCC+(5V)
R
3kW
L
D1
D2
D3
A
B
C
高电平A、B、C有一个输入低电平0VA、B、C三个都输入高电平+5V5V0V5V低电平
L
VCC
A
B
C
D
5V5V5VL=A•B•C连接连接连接断开A、B、C中有一个为0A、B、C都为1输出为0;输出为1。L=AC断开连接连接断开L=ABCXX器件的开关状态不同,电路实现逻辑函数也就不同101111按集成密度分为2.可编程逻辑器件的分类按结构分为-基于与/或阵列结构的器件(PROM、PLA、PAL、GAL)、CPLD(EPLD),并称之为PLD。-基于SRAM的器件(FPGA)按编程工艺分为
1.熔丝和反熔丝编程器件。如:Actel的FPGA器件。
2.SRAM器件。如:Xilinx的FPGA器件。
3.UEPROM器件,即紫外线擦除/电编程器件。如大多数的EPLD器件。
4.EEPROM器件。如:GAL、CPLD器件。1970年的PROM1974年的PLD1977年的PAL1986年的GAL1987年的FPGA1992年的EPLD3.可编程逻辑器件的发展PAL的结构4可编程阵列逻辑器件(PAL)简介输入端输入/输出端输出三态门输入缓冲器可编程与阵列PAL是70年代末由MMI公司最先推出的一种可编程逻辑器件,它采用双极型工艺制作,熔丝式编程方式。5可编程通用阵列逻辑器件(GAL)
PAL由于采用的是双极型熔丝工艺,一旦编程后不能修改,同时输出结构类型太多,给设计和使用带来不便。
1984年推出了新型的可编程逻辑器件---通用阵列逻辑(GAL)。它可以多次编程的器件,采用电可擦除的E2CMOS工艺,且在输出端设置了可编程的输出逻辑宏单元(OutputLogicMacroCell,简称OLMC)。通过编程将OLMC设置成不同的工作状态,一片GAL便可实现PAL所有输出电路的工作模式,增强了器件的通用性。工作速度快,功耗小,是理想器件。常用的GAL有两种:GAL16V8(20脚双列直插)和GAL20V8(24脚双列直插),以GAL16V8为例。可编程的与阵列8个输入缓冲器2-98个反馈/输入缓冲器8个三态输出缓冲器12-198个输出逻辑宏单元OLMC
CLK输入
缓冲器输出使能缓冲器阵列中共有可编程单元2048个结构控制字
GAL器件的各种功能配置是由结构控制字来控制的。用户可通过编程软件自动设置
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