1、第 7 章存储器实训实训7存储器存储器7.1概述概述7.2存储器的种类存储器的种类7.3存储器的应用存储器的应用7.4存储器常用芯片简介存储器常用芯片简介第 7 章存储器实训实训7 EPROM的固化与擦除的固化与擦除1.实训目的（1）掌握EPROM 2764的基本工作原理和使用方法。（2）学会使用ALL07编程器对EPROM进行数据的存入。（3）学会EPROM擦除的工作过程。第 7 章存储器2.实训设备和器件实训设备：PC机，ALL07（或ALL11）编程器，紫外线擦除器,直流电源,示波器,单脉冲发生器。实训器件：EPROM 2764（或E2PROM 2864）一片,74LS161一片,发光二
2、极管8个,510 电阻8个,导线若干,面包板一块。第 7 章存储器3.实训电路图实训电路图如图7.1所示。第 7 章存储器图 7.1 实训7电路图第 7 章存储器4.实训步骤与要求1）插入芯片在编程器中插入2764并固定，注意芯片一定要按照编程器上的标识插在正确的位置。打开编程器的电源开关。第 7 章存储器2）进入EPROM编程软件打开计算机，执行ACCESS命令，即可进入编程软件，选择“EPROM”，执行EPROM的操作程序，进入到下一个界面，选择生产厂家和芯片型号。其中芯片的编程电压是一个重要的参数。所选择芯片的编程电压必须和所使用的2764的编程电压相同，一般有21 V，12.5 V和2
3、5 V几种。第 7 章存储器3）检查2764的内容选好合适的芯片类型并回车后，就进入到编程界面。在此选择“M”和“T”可以修改芯片的生产厂家和类型。键入“B”，可以检查2764的内容是否为空（BLANK CHECK）。检查后若显示“OK”，则说明2764的存储内容为空，可以进行步骤4）；否则说明2764中有信息，需要擦除后再进行写入操作。擦除操作见步骤6）。第 7 章存储器4）向2764写入内容键入“4”，执行编辑缓冲器操作（EDIT BUFFER），回车后出现编辑界面。在该界面下可以显示2764的所有存储单元00001FFF的内容，未写入时全为1。可以根据自己的需要在相应的单元写入内容。为了
4、测试方便，可写入以下内容：第 7 章存储器0000000F单元：FE FF FC FF F8 FF F0 FF E0 FF C0 FF 80 FF 00 FF1000100F单元：FE FF FD FF FB FF F7 FF EF FF DF FF BF FF 7F FF其他单元的内容不变，全为FF。这里0F代表十六进制数。第 7 章存储器5）2764内容测试(1)2764的2脚接地。根据单脉冲发生器产生的脉冲可以看到，电路中的发光二极管的点亮规律为：1亮；全灭；1、2亮；全灭；1、2、3亮；全灭；;全亮；全灭。16个脉冲后又重新按照上述规律循环。第 7 章存储器(2)2764的2脚接+5
5、V。根据单脉冲发生器产生的脉冲可以看到，电路中的发光二极管的点亮规律为：8个发光二极管依次点亮，即1亮；全灭；2亮；全灭；3亮；全灭；8亮；全灭。16个脉冲后又重新按照上述规律循环。第 7 章存储器6）擦除2764中的内容并测试取下电路中的2764，放进紫外线擦除器中，设定10 min左右的定时时间，插上电源，开始对2764中的内容进行擦除。擦除结束后，重复步骤1），2），3），可以看到2764中的内容为空。再插入实训电路中，所有发光二极管均不会点亮。第 7 章存储器5.实训总结与分析（1）2764是一个8 K8的存储器，共有8 K个字节，每个字节8位；有A0A12共13根地址线，当A0A12
6、从0 0000 0000 00001 1111 1111 1111变化时，对应于0000H1FFFH（H表示十六进制）单元，每个单元8位。第 7 章存储器（2）分析步骤4）所写入的内容。在0000H单元写入的内容为11111110（FEH），当读出该单元内容时，由实训电路可知，1发光二极管的负极接低电平，因此1发光二极管点亮。对0000H000FH和1000H100FH单元，按照同样的方法分析，可以得出发光二极管的点亮规律。第 7 章存储器（3）对于步骤5）的第(1)种情况，A12和A4A11都接地，当74LS161对脉冲计数时，使2764的A0A3地址线状态按照00001111的规律循环，因
7、此依次选中的2764的单元为00000000000000000000001111，即0000H000FH，所以发光二极管按照步骤5）的第(1)种规律点亮。第 7 章存储器（4）对于步骤5）的第(2)种情况，A12接VCC，A4A11仍然接地，当74LS161对脉冲计数时，使2764的A0A3地址线状态按00001111的规律循环，因此依次选中的2764的单元为10000000000001000000001111，即1000H100FH，所以发光二极管按照步骤5）的第(2)种规律点亮。第 7 章存储器（5）将EPROM中的内容擦除后，所有单元都为1，即所有单元的内容全部都为FFH。再将2764接
8、入实验电路中，由于发光二极管负极接的都是高电平，所以均不亮。第 7 章存储器7.1 概概 述述若干位二进制信息（例如实训中所使用的2764就是8位的存储器）构成一个字节。一个存储器能够存储大量的字节，实训中2764能够存储8 K个字节，其存储容量为8 K8=64 KB。“2764”中的“64”就代表了存储器芯片的容量。第 7 章存储器7.2 存储器的种类存储器的种类7.2.1 随机存取存储器随机存取存储器RAM1.RAM的结构随机存取存储器一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读/写控制电路等组成，参见图7.2。第 7 章存储器图 7.2 RAM结构示意图第 7 章存储器1）存储矩阵该部分是存
9、储器的主体，它由若干个存储单元组成,每个存储单元可存放一位二进制信息。为了存取方便，通常将这些存储单元设计成矩阵形式，即若干行和若干列。例如，一个容量为2564（256个字，每个字4位）的存储器，共有256个存储单元，这些单元可排成如图7.3所示的32行32列的矩阵。第 7 章存储器图7.3中的存储矩阵每行有32个存储单元（圆圈代表存储单元），每4个存储单元为一个字，因此每列可存储8个字，称为8个字列。每根行选择线选中一行，每根列选择线选中一列。因此，该RAM存储矩阵共需要32根行选择线和8根列选择线。第 7 章存储器图 7.3 RAM存储矩阵第 7 章存储器2）地址译码器由上所述，一片RAM
10、由若干个字组成（每个字由若干位组成，例如4位、8位、16位等）,通常信息的读写也是以字为单位进行的。为了区别不同的字，将存放在同一个字的存储单元编为一组，并赋予一个号码，则该号码被称为地址。第 7 章存储器上述的2564的存储矩阵，256个字需要8根地址线（A7A0）区分（28=256）。其中,地址码的低5位A4A0作为行译码输入，产生25=32根行选择线，地址码的高3位A7A5用于列译码，产生23=8根列选择线。例如，若输入地址A7A0为00011111时，位于X31和Y0交叉处的单元被选中，可以对该单元进行读写操作。第 7 章存储器3）读/写与片选控制数字系统中的RAM一般由多片组成，而系
11、统每次读写时，只选中其中的一片（或几片）进行读写，因此在每片RAM上均加有片选信号线CS。只有该信号有效（CS=0）时，RAM才被选中，可以对它进行读写操作，否则该芯片不工作。某芯片被选中后，该芯片执行读还是写操作由读写信号R/W控制。图7.4所示为片选与读写控制电路。第 7 章存储器图 7.4 片选与读写控制电路第 7 章存储器当片选信号CS=1时，三态门G1，G2，G3均为高阻态，此片未选中，不能进行读或写操作;当片选信号CS=0时，芯片被选中。若R/W=1，则G3导通，G1、G2高阻态截止，此时若输入地址A7A0为00011111，于是位于31，0的存储单元所存储的信息送出到I/O端，存
12、储器执行的是读操作。第 7 章存储器2.RAM的存储单元1）静态存储单元（SRAM）静态存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的。图7.5是用六只CMOS管（增强型）组成的静态存储单元。图中CMOS管V1V4构成基本RS触发器，用于存储一位二进制信息。V5、V6管是触发器与位线Xi间的门控管，控制触发器与位线的接通与断开。第 7 章存储器V7、V8管控制位线与数据线D、D的通断(因为V7、V8管属列内各单元公用，故不计入存储单元的器件数目)。图中V1V8各管的图形表示为浮栅雪崩式MOS管，简称FAMOS管。栅极上有小圆圈的V2、V4为P沟道FAMOS管，而栅极上没有小圆圈的为N沟道FA
13、MOS管。第 7 章存储器图 7.5 六管CMOS静态存储单元第 7 章存储器六管NMOS静态存储单元的电路结构与图7.5基本相同，只是各MOS管均为NMOS管。采用NMOS静态存储单元的常用静态RAM芯片有2114（1 K4）、2128（2 K8）等。NMOS静态RAM功耗极大，而且无法实施断电保护。第 7 章存储器2）动态存储单元DRAM动态存储单元是利用MOS管栅极电容的暂存作用来存储信息的。为保持原存储信息不变，需要不间断地对存储信息的电容定时地进行充电（也称刷新）。动态RAM 8118是采用三管动态存储单元的一种RAM，它的存储容量为16 K1位。第 7 章存储器随着新技术的发展，目
14、前静态存储单元的集成度已大大提高，再加上采用CMOS工艺，因此它的功耗和速度指标得以改善而倍受用户青睐。现在用的64 K静态RAM，每片功耗只有10 mW，其维持功耗可低至15 nW，完全可用电池作为其后备电源，构成不挥发存储器。第 7 章存储器3.RAM的扩展1）位扩展RAM的地址线为n条，则该片RAM就有2n个字，若只需要扩展位数不需扩展字数时，说明字数满足了要求，即地址线不用增加。要扩展位数，只需把若干位数相同的RAM芯片的地址线共用，R/W线共用，片选CS线共用，每个RAM的I/O端并行输出即可。第 7 章存储器【例7.1】试用10241 RAM扩展成10248存储器。解 扩展为102
15、48存储器需要10241 RAM的片数为只要把8片RAM的10位地址线并联在一起，R/W线并联在一起,片选CS线也并联在一起，每片RAM的I/O端并行输出到10248存储器的I/O端作为数据线I/O0I/O7，即实现了位扩展，连接图如图7.6所示。第 7 章存储器图 7.6 用10241 RAM组成10248存储器第 7 章存储器【例7.2】试把2564 RAM扩展成10244存储器。解 需用2564 RAM的芯片数为将4片芯片的I/O线、R/W线和8位地址线A7A0并联在一起，就可实现扩展，电路连接图如图7.7所示。第 7 章存储器图 7.7 用2564 RAM组成10244存储器第 7 章
16、存储器因为字数扩展了4倍，故应增加两位高位地址线A8、A9，这可以通过外加2-4线译码器控制芯片的片选输入端CS来实现。增加的地址线A8、A9与译码器的输入相连，译码器的低电平输出分别接到4片RAM的片选输入端CS。当A9A8A7A0为00000000000011111111时，芯片1的CS=0，即该片被选中，可以对该片的256个字进行读写操作。第 7 章存储器当A9A8A7A0为01000000000111111111时，芯片2的CS=0，即该片被选中，可以对该片的256个字进行读写操作；当A9A8A7A0为10000000001011111111时，芯片3的CS=0，即该片被选中，可以对该
17、片进行读写操作；当A9A8A7A0为11000000001111111111时，芯片4的CS=0，即该片被选中，可以对该片进行读写操作。第 7 章存储器3）RAM的字位同时扩展【例7.3】试把642 RAM扩展为2564存储器。解 扩展为2564存储器需642 RAM的芯片数为:对于字、位同时扩展的RAM，一般先进行位扩展后再进行字扩展。第 7 章存储器先将642 RAM扩展为644 RAM，需两片642 RAM。将字数由64扩展为256，即字数扩展了4倍，故应增加两位地址线，通过2-4线译码器产生4个相应的低电平分别去连接4组644 RAM 的片选端 CS。这样2564 RAM的地址线由原来
18、的6条A5A0扩展为8条 A7A0。电路连接图如图7.8所示。第 7 章存储器图 7.8 642 RAM扩展成2564存储器第 7 章存储器7.2.2 只读存储器只读存储器ROM掩膜ROM：这种ROM在制造时就把需要存储的信息用电路结构固定下来，用户使用时不得更改其存储内容，所以又称为固定存储器。可编程ROM(PROM)：PROM存储的数据是由用户按自己的需求写入的，但只能写一次，一经写入就不能更改。第 7 章存储器1.掩膜ROM掩膜ROM，又称固定ROM，这种ROM在制造时，生产厂利用掩膜技术把信息写入存储器中。按使用的器件来分，掩膜ROM可分为二极管ROM、双极型三极管ROM和MOS管RO
19、M三种类型。在这里主要介绍二极管掩膜ROM，图7.9是44二极管掩膜ROM电路原理图。第 7 章存储器图 7.9 44二极管掩膜ROM第 7 章存储器1）ROM电路的结构ROM的电路结构包含存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器三个组成部分,如图7.9所示。存储矩阵由许多存储单元排列而成。存储单元可以用二极管、双极型三极管或MOS管构成。每个单元能存放1位二进制代码（1或0）。每1个或一组存储单元有一个对应的地址代码。第 7 章存储器2）工作原理图7.9 是具有2位地址输入和4位数据输出的ROM电路，它的存储单元由二极管构成，它的地址译码器由4个二极管与门组成。2位地址代码A1A0能给出4个不同的地
20、址。地址译码器将这4个地址代码分别译成W0W3 4根线上的高电平信号。第 7 章存储器存储矩阵实际上是由4个二极管或门组成的译码器，当W0W3每根线上给出高电平信号时，都会在D3D0 4根线上输出一个4位二进制代码。通常将每个输出代码称做一个字，把W0W3叫字线，把D3D0叫位线（或数据线），而把A1、A0称为地址线。第 7 章存储器在读取数据时，只要输入指定的地址码且EN=0，则被指定的地址内各存储单元所存的数据便会输出到数据线上。当A1A0=10，W2=1，其余字线为低电平时，由于只有D2一根线与W2间接有二极管，它导通后使D2为高电平，而其余各线为低电平，于是在数据线（位线）上得到D3D
21、2D1D0=0100。地址码A1A0的4个地址内的存储数据如表7.1所示。第 7 章存储器第 7 章存储器在图7.9的存储矩阵中，字线和位线的每个交叉点代表一个存储单元，交叉处接有二极管的单元，表示存储数据为“1”，无二极管的单元表示存储数据为“0”。交叉点的数目也就是存储单元数。习惯上用存储单元的数目表示存储器的容量，并写成“（字数）（位数）”的形式。本例ROM的容量是“44位”。第 7 章存储器2.可编程PROM可编程PROM在封装出厂前，存储单元中的内容全为“1”（或全为“0”），用户可根据需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容改为“0”（或“1”）。图7.10是熔丝型PROM的一个存
22、储单元，它由三极管和熔丝组成。第 7 章存储器出厂前，所有存储单元的熔丝都是通的，存储内容全为“1”。用户在使用前进行一次性编程。例如，若想使某单元的存储内容为“0”，只需选中该单元后，再在VCC端加上电脉冲，使熔丝通过足够大的电流，把熔丝烧断即可。第 7 章存储器图 7.10 熔丝型PROM存储单元第 7 章存储器3.紫外线可擦除EPROMEPROM是另外一种被广泛使用的存储器。当不需要EPROM中的原有信息时，可以将它擦除后重写，可用EPROM擦除器产生的强紫外线，对EPROM照射20分钟左右，使全部存储单元恢复“1”后，就可以写入新的信息。第 7 章存储器4.E2PROM E2PROM是
23、近年来被广泛使用的一种只读存储器，它被称为电擦除可编程只读存储器，有时也写作EEPROM。特别是最近出现的+5 V电擦除E2PROM，通常不需单独的擦除操作，它可在写入过程中自动擦除，使用非常方便。以28打头的系列芯片都是 E2PROM。第 7 章存储器5.Flash MemoryFlash Memory是在E2PROM基础上发展起来的，属于E2PROM类型，其编程方法和E2PROM类似，但Flash Memory不能按字节擦除。Flash Memory既具有ROM非易失性的优点，又具有存取速度快、可读可写、集成度高、价格低、耗电省的优点，目前被广泛使用。Flash Memory的型号也以28
24、打头。第 7 章存储器6.串行E2PROM 为了节省总线的引线数目，可以采用具有串行总线的E2PROM，即不同于传统存储器的串行E2PROM芯片。对于二线制总线E2PROM，它用于需要I2C总线的应用中，目前较多的应用在单片机的设计中。第 7 章存储器器件型号以24或85打头的芯片都是二线制I2C串行E2PROM。其基本的总线操作端只有两个：串行时钟端SCL和串行数据/地址端SDA。在SDA端,E2PROM根据I2C总线协议串行传输地址信号和数据信号。串行E2PROM的优点是引线数目大大减少，目前已被广泛使用。第 7 章存储器 7.3 存储器的应用存储器的应用1.存储数据、程序单片机系统都含有
25、一定单元的程序存储器ROM（用于存放编好的程序和表格常数）和数据存储器RAM。图7.11是以EPROM 2716作为外部程序存储器的单片机系统。图 7.12 是以6116作为外部数据存储器的单片机系统。第 7 章存储器图 7.11 单片机系统的外部程序存储器(用2716)第 7 章存储器图 7.12 单片机系统的外部数据存储器(用6116)第 7 章存储器2.实现逻辑函数ROM除用作存储器外，还可以用来实现各种组合逻辑函数。若把ROM的n位地址端作为逻辑函数的输入变量，则ROM的n位地址译码器的输出就是由输入变量组成的2n个最小项，而存储矩阵把有关的最小项相或后输出，就获得了输出函数。第 7
26、章存储器【例7.4】试用ROM实现下列各函数。第 7 章存储器解 按题意，选用容量为164的PROM。依A、B、C、D顺序排列变量，将Y1、Y2、Y3和Y4扩展成4变量的逻辑函数：Y1=m（2,3,4,5,8,9,14,15）Y2=m（6,7,10,11,14,15）Y3=m（0,3,6,9,12,15）Y4=m（7,11,13,14,15）据此画出存储矩阵接线图，如图7.13所示。第 7 章存储器图 7.13 164 ROM存储矩阵接线图第 7 章存储器3.用ROM（2716）实现的信号发生器三角波如图7.14所示，在图中我们取256个值代表波形的变化情况。将水平方向的256个点顺序取值，按
27、照二进制送入EPROM2716（2 K8位）的地址端A0A7，地址译码器的输出为256个；垂直方向的取值也转换成二进制数，由于2716是8位的，所以要转换成8位二进制数。第 7 章存储器图 7.14 三角波第 7 章存储器将这256个二进制数用用户编程的方法，写入对应的存储单元，该三角波的存储表如表7.2所示。将2716的高三位地址A8A9A10取为0，则该三角波占用的地址空间为000 0000 0000000 1111 1111，共256个。第 7 章存储器第 7 章存储器三角波的波形发生器电路图见图7.15所示。图中，2716的低8位地址码A0A7由两片T1161构成的8位二进制计数器推动
28、，使输入地址码按0255的顺序加1，加到255再从0开始，不断循环。对应的三角波取值也就顺序地从D0D7输出，并不断循环。再经过数字/模拟转换器（参见第9章）后，即可在uO端获得周期性重复的三角波。第 7 章存储器图 7.15 波形发生器电路图第 7 章存储器 7.4 存储器常用芯片简介存储器常用芯片简介1.6116芯片6116是一种典型的CMOS静态RAM，其引脚图如图7.16所示。图中A0A10是11个地址输入线，D0D7是数据输入/输出端。显然，6116可存储的字数为211=2048（2 K），字长为8位，其容量为2048字8位=16 384。第 7 章存储器图 7.16 6116引脚图
29、第 7 章存储器（1）写入方式。当CE=0，OE=1，WE=0时，数据线D0D7上的内容存入A0A10所对应的单元中。（2）读出方式。当CE=0，OE=0，WE=1时，A0A10所对应的单元的内容输出到数据线D0D7。（3）低功耗维持方式。当CE=1时，芯片进入这种工作方式，此时器件电流仅20 A左右，为系统断电时用电池保持RAM内容提供了可能。第 7 章存储器2.EPROM 2764芯片2716（2 K8位）、2732（32 K8位）、27512（64 K8位）等EPROM集成芯片，除存储容量和编程高电压等参数不同外，其他方面都基本相同。第 7 章存储器2764是一个8 K8位的紫外线可擦除可编程ROM集成电路，其引脚图见图7.17。2764共有213个存储单元，存储容量为8 K8位，2764的引脚包括13根地址线A0A12，8根数据线D0D7，控制线CE、OE及PGM，编程电压VPP、电源VCC和地GND等。第 7 章存储器2764有五种工作方式，列于表7.3中。第 7 章存储器集成存储器的产品还有很多，现将常见的IC列于表7.4中。
