ch12半导体存储器13转换器

第12章半导体存储器12-1概述12-2只读存储器ROM12-3随机存储器RAM§12-4存储器容量的扩展§12-5用存储器实现组合逻辑函数一

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”）。1、衡量指标存储速度存储量2、种类(1)只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）ROMPROMEPROME2PROM静态RAM：SRAM动态RAM：DRAM(2)读写存储器(RAM)RandomAccessMemory§12-2只读存储器ROM§12-2-1掩模只读存储器ROM根据用户要求专门设计的掩模板把数据：“固化”在ROM中电路结构地址输入存储矩阵地址译码器输出缓冲器数据输出地址译码器：将输出的地址代码翻译成相应的控制信号，把指定单元选出，其数据送输出缓冲器输出缓冲器提高存储器带负载的能力实现输出状态三态控制，与系统总线连接例

2位地址输入，4位地址输出，二极管存储器A1A0：两位地址代码，能指定四个不同地址地址译码器：将四个地址译成W0W3四个高电平输出信号A1A0W0W1W2W3000100110010110010001000与阵列或阵列D3D2D1D01100011101100101存储矩阵：二极管编码器W0=1EN=0W1=1EN=0W2=1EN=0W3=1EN=0输出缓冲器：提高带负载能力数据表为：D3D2D1D01100011101100101A1A000

011011位线地址线字线000011111111111000000001地址A1A0D3D2D1D0内容A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端

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。D3D2D1D0例:

简化图+VCCD0D1D2D3

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”。

简化图D3D2D1D0ROM的应用举例1.用于实现逻辑函数2、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/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo0ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A010000000000011111111111000000000000000000000011111111111248129633、

用ROM构成字符发生器2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A12A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4ROM2864管脚图A2A711112141324A8D5D6D7OEWR25262728逻辑图D0D7D6D5D4D3D2D1~A1A12ROM2864OECS§13-3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。§13-3-1静态随机存储器RAM电路结构地址输入存储矩阵行地址译码读写控制I/O地址译码器：行地址译码选出一行，列地址译码选出一列（或几列）列地址译码地址输入CSR/WCS＝0片选有效，可进行读写R/w＝1执行读操作R/w＝0执行写操作W3W2W1W0地址译码器读写及输入/输出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D1D0D0存储矩阵RAM组件123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管脚图2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管脚图A2A711112141324A8D5D6D7RDWR§13-4存储器容量的扩展§13-4-1位扩展方式（8-20）

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1024×82.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：§12-4-2字扩展方式CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3译码器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y30000~10231024~20472048~30713072~40954片256×8位的RAM，构成1024×8位的RAMA9A800Y0=0A7A6A5A4A3A2A1A0000000000……11111111CS=0字线025501Y1=0……0000000001111111125651110Y2=0000000000……1111111151276711Y3=0000000000……111111117681023§12-5用存储器实现组合逻辑函数例

用ROM设计八段字符译码器，以输入地址A3A2A1A0为DCBA，以输出数据D0D1……D7作为a,b,……,g,hD0D7D6D5D4D3D2D1~A1A12ROM2864OECS解：将原函数化成最小项之和形式：例12.5.2用ROM产生组合逻辑函数：

Y1=ABC+ABCY2=ABCD+BCD+ABCDY3=ABCD+ABCDY4=ABCD+ABCDY1=m2+m3+m6+m7Y2=m6+m7+m10+m14Y3=m4+m14Y4=m2+m15列出数据表：实现图：（8-28）（8-28）第13章数/模与模/数变换器一、概述二、D/A变换器三、A/D变换器（8-29）

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（8-30）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。（8-31）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。（8-32）++-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。（8-33）T1T2SDa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。（8-34）++-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。（8-35）2T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:（8-36）++-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。（8-37）++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI=I3+I2+I1+I0UD2R=D3UD16RD0UD8RD1UD4RD2+++=UD16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=UDRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo-（8-38）3D/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（8-39）有一八位T型电阻网络DAC，设时的输出电压uo。=UDRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo-（8-40）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。（8-41）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。（8-42）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ux1111111