数字电子技术及应用（第3版） 课件 第5学习单元

“十二五”职业教育国家规划教材

经全国职业教育教材审定委员会审定王苹主编沈璐曾贵苓徐琬婷梁薇副主编数字电子技术及应用（第2版）（ISBN978-7-121-26517-4）学习单元5

半导体存储器教学导航实训项目10流水灯控制电路的制作与调试

建议授课天数2天（12学时）完成项目任务所需知识点ROM的存储原理、功能表读解、管脚功能

知识重点ROM、RAM的功能表读解、管脚功能知识难点ROM、RAM的存储原理职业技能训练能了解大规模集成电路半导体存储器ROM、RAM存储原理，能分析ROM、RAM构成电路的功能，能利用ROM、RAM构成功能电路并使用万用表、示波器等仪器仪表进行调试能用555、计数器、ROM和门电路设计功能电路，能用计数器构成ROM的地址电路，能用固化器将数据存入E2PROM。能根据设计的原理图选用IC芯片，并能列出材料清单并根据清单备齐所需元器件能根据电路制作与调试需要选用五金工具和焊接工具，制作短连线并能插接短连线，能对电子元器件引线浸锡能根据设计的原理图进行合理的布线布局，使用焊接工具手工焊接实际电路（电路板）能正确焊接IC芯片管脚、电源线和地线能发现电路制作过程中出现的工艺质量问题，能编写工作任务报告能团结小组成员、开展分工合作；具有成本意识、质量意识

推荐教学方法从任务出发，通过课堂听讲、教师引导、小组学习讨论，实际芯片功能查找、实际电路焊接、功能调试，即“教、学、做”一体，掌握完成任务所需知识点和相应的技能

5-1只读存储器（ROM）5-2随机存取存储器（RAM）5.1只读存储器（ROM）知识分布网络只读存储器ROMPROM的结构和存储原理EPROM、EEPROM的结构和存储原理固定ROM的结构和存储原理ROM的结构和分类5.1.1只读存储器的结构与分类只读存储器的特点：只读存储器用来存储二值信息代码，其数据一旦写入，在正常工作时，只能按给定的地址读取所存内容，而不能改写。存储信息可靠，存储器存储的内容在断电后不会消失，具有非易失性。5.1.1只读存储器的结构与分类只读存储器的组成结构n条地址输入线（地址码）

2n条译码输出线

（字线）字：m位二进制数组成的一个二进制代码称作一个字字长：字所包含的二进制数的位数

字节：8位数的字存放一位二进制信息包含m个存储单元存储矩阵的m个输出线（位线）存放二进制信息5.1.1只读存储器的结构与分类地址输入线输入相应二进制地址码，经译码后其对应字线（字线Wi的下标i即对应的地址码的十进制数）输出有效电平高电平（又称该字线被选中），选中对应的信息单元，信息单元中存储的信息（字）就可由m条输出线（位线）经输出缓冲器输出（D0~Dm-1），读出该信息单元存放的信息。其余字线为低电平。每一根字线对应地存放一个m位二进制数码，这个m位二进制数称为一个字。通常把一个字中所含的位数称为字长。位数可以1位、4位、8位、16位和32位等。把8位数的字称为一个字节。4位为半个字节，16位称为两个字节。把输出位数的线称为位线。存储器中总的存储单元的数量称为存储容量，存储容量用字线数×位线数表示。5.1.1只读存储器的结构与分类分类ROM器件按制造工艺可分为：二极管、双极型晶体管和MOS型ROM；按编程方式的不同，可分为掩膜编程的固定内容只读存储器和可编程二种，而可编程ROM又可分一次可编程ROM（PROM—ProgrammableROM）、紫外线擦除电信号可编程只读存储器EPROM（ErasableProgrammableROM）、电擦除、电编程只读存储器EEPROM或E2PROM（ElectricallyErasableProgrammableROM）。

5.1.2固定内容的只读存储器（ROM）二极管ROM输出高电平有效0000011001导通导通截止5.1.2固定内容的只读存储器（ROM）二极管ROM输出高电平有效1000100111截止截止导通5.1.2固定内容的只读存储器（ROM）二极管ROM输出高电平有效0101001110截止导通截止5.1.2固定内容的只读存储器（ROM）二极管ROM输出高电平有效1110000101导通截止截止5.1.2固定内容的只读存储器（ROM）ROM阵列示意图

字线和位线的每一个交叉处就是一个存储单元，交叉处接有二极管（或MOS管、晶体管）的，存储单元内存入1，没有接二极管（或MOS管、晶体管）的，存储单元内存入0。代表二极管（或MOS管、晶体管），表示存储1没有圆点的表示存储05.1.3可编程只读存储器（PROM）PROM产品在出厂时，所有的存储单元均为1（或０），用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0（或写入1），以实现对其“编程”的目的。PROM只允许写入一次，所以也被称为“一次可编程只读存储器”(OneTimeProgrammingROM，OTP-ROM)。

特点：5.1.3可编程只读存储器（PROM）PROM每个存储单元都串接了熔丝，每个晶体管的发射极都经过熔丝与位线相连，出厂时，熔丝都是接通的，亦即存储的内容全为“1”，如果需要将某个存储单元的内容改写为“0”，只需给它加上比工作电流大得多的电流，使该单元的熔丝烧断，其发射极和位线断开，相当于存储了“0”。PROM的存储单元结构PROM的存储单元结构5.1.3可编程只读存储器（PROM）PROM还有一种存储单元是由两个肖特基二极管反向串联而成，出厂时，由于D1、D2反向串联，字线与位线是断开的，相当于全部存储“0”，当需要将某个存储单元的内容改写为“1”时，只需加上高电压，使二极管D1击穿短路，字线与位线通过D2相连，相当于存储了“1”。

PROM的存储单元结构PROM的存储单元结构5.1.4可擦写只读存储器由用户自己写入信息，如果需要修改只要擦除原先存入的信息，再行重写。1.紫外线擦除电信号编程只读存储器（EPROM）EPROM的特点：具有可擦除功能，即可将存储器存储的信息抹去，再写入新的信息。它的存储单元是一种特殊的浮栅MOS管，其作用相当于PROM中的熔丝，该产品出厂时浮栅上无电荷，相当于熔丝断开，即存储信息全为“0”，在专用编程器编程信号作用下，使浮栅中注入电荷，浮栅MOS管导通，相当于熔丝接通，存储信息“1”。用强紫外线照射浮栅，可消除浮栅中的电荷，达到抹去存储信息的目的。EPROM的优点是存储的信息可以多次改写，但缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。

5.1.4可擦写只读存储器由用户自己写入信息，如果需要修改只要擦除原先存入的信息，再行重写。2.电擦除、电编程只读存储器（EEPROM）

EEPROM（E2PROM）的存储结构和EPROM类似，只是它的浮栅上增加了一个隧道二极管，利用它，在编程信号的作用下，可向浮栅注入电荷和消除电荷，即可直接用电信号写入，也可用电信号擦除。EEPROM的存储单元可边擦除便改写，一次完成，速度比EPROM快很多，数据写入后，可保持十年以上。

5.1.4可擦写只读存储器2864AE2PROM管脚排列图工作方式I/O0~I/O7读出001输出写入010输入维持1××高阻数据查询001输出当写入时，只需置=0，=0，

=1，加入地址码和存入数码即可。读出时置=0，=0，=1，可输出对应地址码的存储数据。CE5.2随机存取存储器（RAM）知识分布网络随机存储器RAMRAM电路结构RAM工作原理5.2随机存取存储器（RAM）随机存储器的特点：RAM用来存放一些临时性的数据或中间结果RAM可以在任意时刻、对任意选中的存储单元存入（写）信息或取出（读）信息，读写非常方便RAM存储的内容在断电后全部丢失，不能保存，即具有易失性。

RAM主要由地址译码器、存储矩阵、读/写控制电路等部分组成，是大规模的时序逻辑电路。RAM分类静态RAM(即StaticRAM，简称SRAM)动态RAM(即DynamicRAM，简称DRAM)5.2.1RAM的结构地址译码器用以决定访问哪个字单元读/写控制电路用以决定对被选中的单元是读还是写存储矩阵是由大量寄存器构成的矩阵，用来存储数字信息。片选端用以决定芯片是否工作；5.2.1RAM的结构地址译码器用以决定访问哪个字单元，地址译码器由行地址译码器和列地址译码器组成。行、列地址译码器的输出即为行（又称字线）、列（又称位线）选择线，分别用X、Y表示，由它们共同确定欲选择的地址单元。例如：256×4RAM存储矩阵中，256个字需要8位地址码A7～A0。其中高3位A7～A5用于列地址译码输入，低5位A4～A0用于行地址译码输入。A7～A0=00100010时，Y1=1、X2=1，选中X2和Y1交叉的字单元。

5.2.2存储单元存储单元是RAM中最小的存储单位。它的基本作用是存储一位二进制信息。六管静态存储单元MOS管T1、T2为驱动管，T3、T4为负载管，相当于两个电阻。由T1、T2、T3、T4组成一个基本RS触发器，它能存储一位二进制信息。T5、T6为门控管，相当于两个开关，存储单元通过它们和数据位线相连。T5、T6的栅极接到同一个字选择线上，以控制存储单元是否被选中。

在存储单元被选中时，字线X为高电位，门控管T5、T6导通，触发器与位线接通，即点与位线相通，Q点与位线D相通。此时可通过位线对该单元写入或读出操作了5.2.2存储单元六管静态存储单元写入时，若要将“1”写入该存储单元，则需将线加低电位，D线加高电位。D的高电位通过T6加至Q点，使T1导通，的低电位通过T5加至点，使T2管截止，Q=1，=0，“1”就被写入该存储单元。若要写入“0”，则在线加高电位，D线加低电位即可。

读出时，因选中的存储单元上T5、T6导通，若原存信息为“1”，即T1导通、T2截止，则Q点的高电位送D线，而的低电位送线，经读出放大器放大后，输出信息“1”。若原存信息为“0”，则线为高电位，D线为低电位，经读出放大器后输出为“0”。5.2.2存储单元四管动态存储单元动态存储单元是利用MOS管的栅极输入电阻很高，漏电流很小，栅极电容的电荷存储效应存储信息的。四管动态存储单元利用T1和T2管的栅极与衬底间的电容C1、C2上所存电荷的状态来存储二进制信息。当C1充电至高电位时，C2上没有电荷，则T1导通，T2截止，此时，=0，Q=1。即存储单元处于“1”状态，存储了“1”信息。反之，C2充电到高电位，C1上没有电荷，则T2导通，T1截止，存储单元处于“0”状态，存储了“0”信息。

5.2.2存储单元四管动态存储单元写入时，X线为高电位，T5、T6管导通，这时Q点和点分别与两条位线连通。若要写“0”，则在D线上加低电位，线上加高电位。这样，线上的高电位通过T5对C2充电，使点成为高电平，而C1经T6向D线放电，使Q点变为为低电位，于是，实现了写“0”操作。需要写“1”时，只要使X线为高电位，同时D线上加高电位，线上加低电位，即可。当字线的状态恢复到低电位时，写入的状态被记忆。5.2.2存储单元四管动态存储单元读出时，首先加预充脉冲，电源VDD经预充管向位线上的分布电容、充电，使位线和D都冲电到VDD值，预充结束之后，位线和D与电源VDD断开，因、没有放电回路，位线和D的高电位可维持一定的时间。

当字线X加高电位信号，T5、T6管导通，存储单元被选中。假定该存储单元原存信息为“1”，即Q=1而=0，此时T1导通，T2截止，则经T5、T1到地放电，线变为低电位；而没有放电通道，位线D仍为高电位；若该存储单元原存信息为“0”，即Q=0而=1，此时T1截止，T2导通，则经T6和T2到地放电，D线变为低电位；而没有放电通道，位线仍为高电位。5.2.2存储单元动态存储单元中，信息是以电荷形式存储在T1或T2管的栅极电容上。由于电容存在漏电流，电容上电荷将慢慢释放，存储的信息不能长期保存（一般为ms级），因此必须定时地给电容充电，以补充泄漏掉的电荷，这一过程称为刷新（或再生）。读出操作时，、可通过T5、T6管对C1或C2充电，因此读出过程也是刷新过程，

5.2.2存储单元单管动态存储单元写入数据时，字线X为高电位，T管导通，位线D上