数字电子技术项目教程（第2版）教案 项目7　流水灯控制电路的制作

教师备课纸第页课题7.1存储器概述7.2只读存储器7.3随机存取存储器课型讲授授课班级集成电路23C1授课时数2教学目标1．掌握存储器的分类；2.掌握只读存储器的结构原理，会利用只读存储器实现组合逻辑函数；教学重点利用只读存储器实现组合逻辑函数；RAM存储容量的扩展。教学难点只读存储器的工作原理；RAM存储容量的扩展。学情分析学生已学过组合逻辑函数的表示方法等教学效果一般教后记内容比较枯草，今天将研究如何提高学生学习这部分知识的兴趣。半导体存储器概述存储器是用以存储一系列二进制数码的大规模集成器件，具有存储容量大、体积小、功耗低、存取速度快、使用寿命长等特点。存储器的种类很多，按功能可以分为只读存储器、随机存取存储‍器。ROM和RAM同是用于存储器，但性能不同，两者结构也完全不同。ROM主要由与阵列、或阵列和输入、输出缓冲级等电路构成，它是一种大规模的组合逻辑电路，而RAM是由译码器、存储器和读/写控制电路组成，它属于大规模时序逻辑电路。二、只读存储器(ROM)（1）只读存储器 ROM（Read-OnlyMemory），其内容一般是固定不变的，它预先将信息写入存储器中，在正常工作状态下只能读出数据，不能写入数据。ROM 的优点是电路结构简单，而且在断电后数据不会丢失，常用来存放固定的资料及程‍序。D1DM-1D1DM-1D0WN-1W0W1数据输出A0A1An-1地址译码器ROM矩阵(N×M)输出缓冲器输入缓冲器器位线地址译码器是一个最小项译码器，它有n个输入，N（N=2n）个输出，输出称为字线。字线是ROM矩阵的输入，ROM矩阵有M条输出线，称为位线。字线与位线的交点，即是ROM矩阵的存储单元，存储单元个数代表了ROM矩阵的容量，所以ROM矩阵的容量等于M×N。输出缓冲器的作用有三个，一是能提高存储器的带负载能力；二是通过使能端实现对输出的三态控制，以便与系统的总线连接；三是规范逻辑电平，将输出的高、低电平变换为标准的逻辑电平。三、随机存取存储器(RAM)（1）既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺点是数据的易失性，即一旦断电，所存的数据全部丢失。（2）RAM电路由地址译码器、存储矩阵和读/写控制电路组成，如下图。RAM中的核心是存储单元，其结构有双极型和MOS型两种。数据输入/输出数据输入/输出A0A1An-1地址译码器存储矩阵读/写控制电路读/写控制片选（3）存储器容量的扩展RAM的存储容量为字线×位线。在单片 RAM 芯片容量不能满足要求时，就需要进行扩展，将多片 RAM 组合起来，构成存储器系统（也称存储‍体）。A、位扩展：将多片存储器经适当的连接，组成位数增多、字数不变的存储器。方法：用同一地址信号控制n个相同字数的RAM例：将1024×1的RAM扩展为1024×8的RAM。将8块1024×1的RAM的所有地址线和CS（片选线）分别对应并接在一起，而每一片的位输出作为整个RAM输出的一位。1024×8RAM需1024×1RAM的芯片数为：B、字扩展将多片存储器经适当的连接，组成字数更多，而位数不变的存储器。例如：用8片1K×8位RAM构成的8K×8位RAM。输入/输出线，读/写线和地址线A0～A9是并联起来的，高位地址码A10、A11和A12经74LS138译码器8个输出端分别控制8片1K×8位RAM的片选端，以实现字扩展。74LS13874LS138三、只读存储器的结构原理只读存储器（ROM）属于组合逻辑电路，即给一组输入（地址），存储器相应地给出一种输出（存储的字）。ROM 器件按存储内容和存入方式的不同，可分为 ROM、可编程 ROM（PROM）和可改写 ROM（EPROM、E2PROM、FlashMemory）等。1. 掩膜 ROM掩膜 ROM，又称固定 ROM，ROM 在制造时，生产厂家利用掩膜技术把信息写入存储器中。按使用的器件可分为二极管 ROM、双极型三极管 ROM 和 MOS 管 ROM 三种类型。这里主要介绍二极管掩膜 ROM。图 3.13 所示的是 4×4 的二极管掩膜 ROM，它具有 2 位地址输入 A1A0。共 4 条字线 W0、W1、W2、W3，每一条字线可存放一个 4 位二进制数码（信息），又称一个字，故 4 条字线可存放 4 个字。4 条纵线代表每个字的位，故称位线，4 条位线 D0、D1、D2、D3，即表示 4 位，作为字的输出。字线与位线相交处为一位二进制数的存储单元，共 16 个存储单元，相交处有二极管者存 1，无二极管者存 0。图3.13ROM 存储单元结构图从图中可得出如下输出信号表达‍式。（1）与门阵列输出表达‍式（2）或门阵列输出表达‍式 （3）ROM 输出信号的真值表（见表 3.3）表 3.3ROM 输出信号真值表A1A0D3D2D1D0000101011010100111111110从存储器角度看，A1A0 是地址码，D3D2D1D0 是数据。表 3.3 说明：在 00 地址中存放的数据是 0101；01 地址中存放的数据是 1010，10 地址中存放的数据是 0111，11 地址中存放的数据是 1110。从译码编码角度看，与门阵列先对输入的二进制代码 A1A0 进行译码，得到 4 个输出信号 W0、W1、W2、W3，再由或门阵列对 W0～W34 个信号进行编码。表 3.3 说明，W0 的编码是 0101；W1 的编码是 1010；W2 的编码是 0111；W3 的编码是 1110。位线与相连的各字线的关系为或逻辑，而字线是地址码的最小项，所以 W 实际上是一个“与”项，从输出位线和地址输入关系看，D 是一个最小项的与或式。在组合逻辑电路中任何一个逻辑函数都可以变换为若干个最小项之和的形式，因此可以用 ROM 实现组合逻辑电‍路。2. 可编程 ROM（PROM）可编程 PROM（ProgrammableROM）封装出厂前，存储单元中的内容全为 1（或全为 0）。用户在使用时可以根据需要，将某些单元的内容改为 0（或改为 1），此过程称为编‍码。图 3.14 给出了可编程阵列交叉点的三种连接方式。连线交叉点有实点的表示固定连接；有符号“×”的表示编程连接；连线单纯交叉表示不连‍接。图3.14PLD 电路的表示方法图3.15PROM 的可编程存储单元可编程存储单元如图 3.15 所示，图中的二极管位于字线与位线之间，二极管前端串有熔断丝，在没有编程前，存储矩阵中的全部存储单元的熔断丝都是连通的，即每个单元存储的都是 1。用户使用时，只需按自己的需要，借助一定的编程工具，将某些存储单元上的熔断丝用大电流烧断，该存储单元的内容就变为 0。熔断丝烧断后不能接上，故 PROM 只能进行一次编‍程。图3.16PROM 结构图PROM 是由固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列组成的，如图 3.16 所示。与阵列为全译码方式，输出为 n 个输入变量可能组合的全部最小项，即 2n 个最小项。或阵列是可编程的，如果 PROM 有 m 个输出，则包含有 m 个可编程的或门，每个或门有 2n 个输入可供选用，由用户编程来选定。在 PROM 的输出端，输出表达式是最小项之和的标准与或‍式。3. 光可擦除可编程 ROM（EPROM）PROM 虽然可以编程，但只能编程一次，EPROM 克服了 PROM 的缺点，可以根据用户要求写入信息，当不需要原有信息时，可以擦除后重写，从而可以长期使用。擦除已写入的内容，可用 EPROM 擦除器产生的强紫外线，对 EPROM 照射 20min 左右，使全部存储单元恢复“1”，以便用户重新编‍写。4. 电擦除可编程 ROM（E2PROM）E2PROM（（ElectricallyErasableProgrammableROM）是近年来被广泛使用的一种只读存储器，被称为电擦除可编程只读存储器，有时也写成 EEPROM。其主要特点是能在应用系统中进行在线改写，并能在断电的情况下保存数据而不需要保护电源。特别是+5V 电擦除 E2PROM，通常不需要单独的擦除操作，可在写入过程中自动擦除，使用非常方‍便。5. 快闪存储器（FlashMemory）快闪存储器（FlashMemory）又称快速擦写存储器或闪速存储器，是由 Intel 公司首先发明的，近年来较为流行的一种新型半导体存储器。