模拟电路与数字电路第10章半导体存储器和可编程逻辑器件

图10-1ROM的组成框图
由图10-1可见，ROM是由地址译码器、存 储矩阵和输出缓冲器三部分电路组成的，最 简单的ROM是采用掩模工艺制成的二极管阵列， 图10-2所示为一个存储容量为4×4的ROM。
图10-2由二极管阵列组成的ROM
图10-2所示电路各存储单元内所存储的 数据如表10-1所示。 根据二极管与阵列和或阵列的简化画法 （有二极管处打点）可得图10-2所示ROM的点 阵图如图10-3所示。
图10-4ROM字扩展的连接图
由图10-4可见，字扩展可利用74LS138来 实施，扩展的原理与第6章中例6-2的原理相 同，这里不再赘述。
2. 位扩展
扩展当ROM输出的位线不够时要进行位扩 展，位扩展的方法比较简单，只要将多片ROM 的数据输出线并联使用即可。 下面举一个位扩展的例子。
【例10-2】将存储容量为1K×4的ROM扩 展成存储容量为1K×8的ROM。 解1K×8的ROM有8根数据输出线，而 1K×4的ROM只有4根数据输出线，将两片 1K×4的ROM并联使用即可实现位扩展，位扩 展的连接图如图10-5所示。
式（10-1）中的每个最小项可用与阵列 实现，与阵列的输出确定了ROM中的字线，七 段字符显示器的输入变量是二—十进制BCD码 有10根字线；7个输出变量要求ROM有7根输出 位线，根据画或阵列的规则可得用ROM组成的 七段字符显示译码器的点阵图如图10-6所示。
图10-6七段字符显示译码器的点阵图
第10章 半导体存储器和可编程逻辑器件
10.1半导体存储器 10.2可编程逻辑器件（PLD）
10.1半导体存储器
n10.1.1只读存储器（ROM）
n10.1.2ROM的扩展及应用
n10.1.3几种常用的ROM
半导体存储器是一种能存储大量二进制 信息或二进制数据的半导体器件。 在电子计算机以及其他数字控制系统的 工作过程中，都需要对大量的数据进行存储。 因此，存储器是数字控制系统不可缺少 的组成部分。 由于计算机处理的数据量越来越大，运 算速度越来越快，这就要求存储器具有更大 的存储容量和更快的存取速度，故通常把存 储器容量和存取速度作为衡量存储器性能的 重要指标。
10.1.3几种常用的ROM
1. 掩模ROM
掩模ROM是采用掩模工艺制成的，其中存 储的数据是由制作过程中使用的掩模板决定 的。 这种掩模板是按照用户的要求而专门设 计的，其存储单元内所存储的数据在出厂时 就已固定，无法更改，主要用在存储计算机 的固定程序和代码，在需要更改数据的场合 不适用。
2. 可编程只读存储器（PROM）
【例10-1】将存储容量为1K×4的ROM扩 展成存储容量为8K×4的ROM。 解 存储容量为1K×4的ROM，表示该ROM 的字线为1K，字线为1K的ROM内部有210=1024 个存储器，描述210个存储器的地址码是10位 的二进制数；8K×4的ROM内部有8×1024=213 13 根字线，描述2 根字线的地址码是13位的二 进制数。 字线不够，要进行字扩展，字扩展的关 键就是输入地址码的扩展，将8片容量为 1K×4的ROM 扩展成8K×4ROM的连接图如图 10-4所示。
PROM的芯片在出厂时其存储单元均为1 （或均为0），使用者可根据需要利用通用或 专用的编程器，将某些单元“改写”为0（或 1）。 图10-7所示为熔丝型PROM存储单元的原 理图。
图10-7熔断丝型PROM存储单元
3. 可擦除的可编程只读存储器 （EPROM、E2PROM）
这类存储器有用紫外线擦除的可编程只 读存储器EPROM（Erasable PROM）、电擦除 的可编程只读存储器E2PROM（Electrically Erasable PROM。 图10-8所示为2817芯片的引脚排列图。 由图10-8可见，2817是一个28脚的芯片，因 该芯片的存储容量为2K×8，所以，该芯片有 11根地址码输入端，8根数据输入/输出组合逻辑电路
在ROM电路中，若将输入的地址码看成逻 辑问题的输入变量，将输出的数据看成逻辑 问题的输出变量，则ROM输出和输入的关系就 是一组多输出变量的逻辑函数。
【例10-3】试用ROM设计一个七段字符显 示译码器电路。 解由6.2.4节的内容可知，描述七段字符 显示译码器逻辑功能的真值表如表6-7所示。 由表6-7可得显示译码器各输出变量的最 小项和为
图10-3图10-2所示ROM的点阵图
表10-1图10-2ROM所存储的数据
当ROM的存储容量不够时，可以使用多片 ROM进行扩展。 扩展有字扩展和位扩展两种类型。
10.1.2ROM的扩展及应用
1. 字扩展
当ROM的字线不够时要进行字扩展，因字 线与ROM的存储器数有关，存储器数确定地址 码的位数，所以，字扩展就是对地址译码器 的地址码进行扩展，扩展的方法与译码器的 扩展方法相同。 下面举一个字扩展的例子。
图10-82817芯片的引脚排列图
10.2可编程逻辑器件（PLD）
10.2.1PLD器件的连接方式及基本门 电路的PLD表示法 10.2.2可编程阵列逻辑（PAL） 10.2.3可编程通用阵列逻辑器件 （GAL）的基本结构 10.2.4在系统可编程逻辑器件（ISPPLD）
对于数字逻辑系统不仅需要简化设计过 程，而且需要降低系统体积和成本，提高系 统的可靠性，由此发明了可编程逻辑阵列 （Programmable Logic Device，PLD）。 PLD的基本结构如图10-9所示。 它是由一个与阵列和一个或阵列组成， 每个输出是输入的与或函数。 阵列中输入线和输出线的交点通过逻辑 元件相连接。这些元件是接通还是断开，根 据器件的结构特征决定或由用户根据要求进 行编程决定。
10.1.1只读存储器（ROM）
只读存储器，又称为固定存储器，简称 ROM（Read Only Memory）。 因只读存储器在正常工作的情况下，数 据只能从存储器中读出，而不能写入，输出 和输入的逻辑关系满足组合逻辑电路的方程 Y=F（A），所以，ROM也是一种组合逻辑电路， 其组成框图如图10-1所示。