第6章-大规模集成电路ppt课件.ppt

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1、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、只读存储器（一、只读存储器（ROMROM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）有掩膜）有掩膜ROMROM、可编程、可编程ROMROM、可、可改写改写ROMROM。ROMROMMROM MROM （掩膜型只读存储器）（掩膜型只读存储器）PROM PROM （可编程只读存储器）（可编程只读存储器）EROM EROM （可编程可改写只读存储器）（可编程可改写只读存储器）EEROM EEROM（电可编程可改写只读存储器）（电可编程可改写只读存储器）在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也

2、许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么ROMROM框图框图An2 2n n-1-1WD Dm m D D0 0F Fm m F F0 0 掩膜只读存储器（掩膜只读存储器（ROMROM）是在制造时把信息存放在此存储器）是在制造时把信息存放在此存储器中，使用时不再重新写入，需要时读出即可；它只能读取所存中，使用时不再重新写入，需要时读出即可；它只能读取所存储信息，而不能改变已存内容，并且在断电后不丢失其中存储储信息，而不能改变已存内容，并且在断电后不丢失其中存储内容，故又称固定只读存储器。内容，故又称固定只读存储器。ROMROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。

3、主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 每个存储单元中固定存放着由若干位组成的二进制数码每个存储单元中固定存放着由若干位组成的二进制数码称为称为“字字”。为了读取不同存储单元中所存的字，将。为了读取不同存储单元中所存的字，将各单元编上代码各单元编上代码称为地址。在输入不同地址时，就能称为地址。在输入不同地址时，就能在存储器输出端读出相应的字在存储器输出端读出相应的字,即即“地址地址”的输入代码与的输入代码与“字字”的输出数码有固定的对应关系。的输出数码有固定的对应关系。如图所示，

4、如图所示，它有它有2 2n n个存储单元，每个单元存放一个字，一共可以存放个存储单元，每个单元存放一个字，一共可以存放2 2n n个字；个字；每字有每字有m m位，位，即容量为即容量为2 2n nmm（字线（字线位线）。位线）。存储体可以由二极管、三极管和存储体可以由二极管、三极管和MOSMOS管来实现。三极管管来实现。三极管矩阵矩阵ROMROM如图所示，如图所示，W W0 0、W W1 1、W W2 2、W W3 3是字线，是字线，F F0 0、F F1 1、F F2 2、F F3 3是是位线，位线，ROMROM的容量即为字线的容量即为字线位线，位线，所以图示所以图示ROMROM的容量为的容

5、量为44=1644=16，即存储体有，即存储体有1616个存储单元。个存储单元。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么地址译码器地址译码器A A1 1A A0 0F F1 1F F0 0F F3 3F F2 2V VCCCCW W0 0W W1 1W W2 2W W3 3MROMMROM在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么地址译码器地址译码器A A1 1A A0 0F F1 1F F0 0F F3 3F F2 2V VCCCCW W0 0W W1 1W W2 2

6、W W3 3MROMMROM在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么地址译码器地址译码器A A1 1A A0 0F F1 1F F0 0F F3 3F F2 2V VCCCCW W0 0W W1 1W W2 2W W3 3PROMPROM在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 当地址码当地址码A A1 1A A0 0=10=10时，字线时，字线W W2 2为高电平，在位线为高电平，在位线输出端输出端F F3 3F F2 2F F1 1F F0 0读到字读到字0101

7、0101，任何时候，地址译码任何时候，地址译码器的输出决定了只有一条字线是高电平，所以在器的输出决定了只有一条字线是高电平，所以在ROMROM的输出端只会读到惟一对应的一个字。在对应的输出端只会读到惟一对应的一个字。在对应的存储单元内存入的存储单元内存入1 1还是还是0 0，是由相应的三极管的是由相应的三极管的基极是否与字线相连来决定的。基极是否与字线相连来决定的。1.1.如何读字如何读字 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么地址译码器A A1 1A A0 0F F1 1F F0 0F F3 3F F2 2V VCCCCW W

8、0 0W W1 1W W2 2W W3 3在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2.2.如何实现组合逻辑电路如何实现组合逻辑电路 如图所示，如图所示，ROMROM中的地址译码器形成了输入变中的地址译码器形成了输入变量的最小项量的最小项,即实现了逻辑变量的即实现了逻辑变量的“与与”运算；运算；ROMROM中的存储矩阵实现了最小项的或运算，即形成中的存储矩阵实现了最小项的或运算，即形成了各个逻辑函数；与阵列中的垂直线了各个逻辑函数；与阵列中的垂直线W Wi i代表与逻辑，代表与逻辑，交叉圆点代表与逻辑的输入变量；或阵列中的水平交叉圆

9、点代表与逻辑的输入变量；或阵列中的水平线线F F代表或逻辑，交叉圆点代表字线输入。代表或逻辑，交叉圆点代表字线输入。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么A A1 1 A A0 0W W3 3 W W2 2 W W1 1 W W0 0F F3 3 F F2 2 F F1 1 F F0 00 00 00 0 0 10 0 0 10 1 0 10 1 0 10 10 10 0 1 00 0 1 01 1 1 01 1 1 01 01 00 1 0 00 1 0 01 1 0 01 1 0 01 11 11 0 0 01 0 0 00

10、 0 1 10 0 1 1在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么11&A1A0W W0 0 W W1 1 W W2 2 W W3 3F F3 3 F F2 2 F F1 1 F F0 01111在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么11A1A0W W0 0 W W1 1 W W2 2 W W3 3F F3 3 F F2 2 F F1 1 F F0 0 与阵列或阵列在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什

11、么 例例1 1 用用ROMROM实现一位二进制全加器。实现一位二进制全加器。解解 全加器的真值表如表所示，全加器的真值表如表所示，A A、B B为两个加数为两个加数,C,Ci-1i-1为为低位进位，低位进位，S S为本位的和，为本位的和，C Ci i为本位的进位。为本位的进位。由表可写出最小项表达式为：由表可写出最小项表达式为：根据上式，可画出全加器的根据上式，可画出全加器的ROMROM阵列图如图所示，阵列图如图所示，C Ci-1i-1为低位进位，为低位进位，C Ci i为本位进位。为本位进位。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了

12、什么全加器真值表全加器真值表 A B Ci-1 S Ci 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 全加器阵列图Ci-1在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么例例2 2 用用ROMROM实现下列逻辑函数。实现下列逻辑函数。解解 由表达式画出由表达式画出ROM的阵列图如图所示。的阵列图如图所示。在日常生活中，随处

13、都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、可编程逻辑阵列二、可编程逻辑阵列(PLA)(PLA)可编程逻辑器件都包含一个与阵列和一个或阵列，可编程逻辑器件都包含一个与阵列和一个或阵列，二者都是可编程的，故可以实现非标准式的各种电路。二者都是可编程的，故可以实现非标准式的各种电路。用用PLAPLA实现组合逻辑电路时，首先将逻辑函数进行化实现组合逻辑电路时，首先将逻辑函数进行化简，再将化简后的逻辑函数表达式中各乘积项填入逻简，再将化简后的逻辑函数表达式中各乘积项填入逻辑阵列图中。辑阵列图中。例例3 3 用用PLA PLA 实现一位二进制全加器。实现一位

14、二进制全加器。解解:由全加器真值表，由全加器真值表，用卡诺图化简得最简逻辑表达用卡诺图化简得最简逻辑表达式为：式为：在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 式中：式中：A、B为两个加数，为两个加数，C为低位进位，为低位进位，S为本位和，为本位和，Ci为本位向高位的进位。为本位向高位的进位。在在S及及Ci表达式中共有七个乘积项，它们是：表达式中共有七个乘积项，它们是：在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么用这些乘积项组成用这些乘积项组成S S和和C Ci i表达式如

15、下：表达式如下：S S=P P0 0+P P1 1+P P2 2+P P3 3 C Ci i=P P4 4+P P5 5+P P6 6根据上式，可画出由根据上式，可画出由PLAPLA实现全加器的阵列结构图如图所示。实现全加器的阵列结构图如图所示。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么三、可编程阵列逻辑三、可编程阵列逻辑(PAL)(PAL)PALPAL也是在也是在PROMPROM基础上发展起来的一种可编程逻辑器基础上发展起来的一种可编程逻辑器件，是件，是PALPAL采用了熔丝编程方式、双极型工艺制造，采用了熔丝编程方式、双极型工艺

16、制造，因而器件的工作速度很高（可达十几因而器件的工作速度很高（可达十几nsns）。）。PAL PAL器件器件由可编程的与阵列、固定的或阵列和输出电路三部分由可编程的与阵列、固定的或阵列和输出电路三部分组成。由于它们是与阵列可编程，而且输出结构种类组成。由于它们是与阵列可编程，而且输出结构种类很多，因而给逻辑设计带来很大的灵活性。很多，因而给逻辑设计带来很大的灵活性。1.PAL 1.PAL的输出结构的输出结构 PAL PAL基本与门阵列是可编程的，而或门阵列是固基本与门阵列是可编程的，而或门阵列是固定连接的。如图所示定连接的。如图所示在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自

17、己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么PAL基本结构在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2.PAL2.PAL的几种输出结构的几种输出结构 PAL PAL具有多种输出结构。组合逻辑常采用具有多种输出结构。组合逻辑常采用“专用专用输出的基本门阵列结构输出的基本门阵列结构”，其输出结构如图所示。，其输出结构如图所示。图中图中,若输出部分采用或非门输出时，为低电平有若输出部分采用或非门输出时，为低电平有效器件；若采用或门输出时，为高电平有效器件。效器件；若采用或门输出时，为高电平有效器件。有的器件还用互补输出的或门，有的器件还用互

18、补输出的或门，故称为互补型输出，故称为互补型输出，这种输出结构只适用于实现组合逻辑函数。目前常这种输出结构只适用于实现组合逻辑函数。目前常用的产品有用的产品有PAL10H8PAL10H8（1010输入，输入，8 8输出，高电平有效）输出，高电平有效）、AL10L8(10AL10L8(10输入，输入，8 8输出，低电平有效输出，低电平有效)、PAL16C1PAL16C1（1616输入，输入，1 1输出，互补型输出，互补型)等。等。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么专用输出门阵列结构在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也

19、许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么时序输出结构时序输出结构PALPAL实现时序逻辑电路功能时，其输出结构如图所实现时序逻辑电路功能时，其输出结构如图所示，输出部分采用了一个示，输出部分采用了一个D D触发器，其输出通过选触发器，其输出通过选通三态缓冲器送到输出端，构成时序逻辑电路。通三态缓冲器送到输出端，构成时序逻辑电路。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3.PAL3.PAL的特点的特点提高了功能密度提高了功能密度,节省了空间。节省了空间。提高了设计的灵活性，且编程和使用都比较方便。提高了设计的灵活性

20、，且编程和使用都比较方便。有上电复位功能，可以防止非法复制。有上电复位功能，可以防止非法复制。PAL PAL的主要缺点是由于它采用双极型熔丝工艺的主要缺点是由于它采用双极型熔丝工艺（PROMPROM结构），只能一次性编程，因而使用者仍要承结构），只能一次性编程，因而使用者仍要承担一定的风险。担一定的风险。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四、通用阵列逻辑四、通用阵列逻辑(GAL)(GAL)通用阵列逻辑通用阵列逻辑GALGAL是是Lattice Lattice 公司于公司于19851985年首先年首先推出的新型可编程逻辑器件。

21、推出的新型可编程逻辑器件。GALGAL是是PALPAL的第二代产品，的第二代产品，但它采用了但它采用了ECMOSECMOS工艺，可编程的工艺，可编程的I/OI/O结构，使之成为结构，使之成为用户可以重复修改芯片的逻辑功能，在不到用户可以重复修改芯片的逻辑功能，在不到 1 1 秒钟秒钟时间内即可完成芯片的擦除及编程的逻辑器件，时间内即可完成芯片的擦除及编程的逻辑器件，按门阵列的可编程结构，按门阵列的可编程结构，GAL GAL可分成两大类：可分成两大类：一类一类是与是与PALPAL基本结构相似的普通型基本结构相似的普通型GALGAL器件器件,其与门阵列其与门阵列是可编程的，是可编程的，或门阵列是固

22、定连接的，如或门阵列是固定连接的，如GAL16V8GAL16V8；另一类是与另一类是与FPLAFPLA器件相类似的新一代器件相类似的新一代GAL GAL 器件，器件，其其与门阵列及或门阵列都是可编程的，如与门阵列及或门阵列都是可编程的，如GAL39V18GAL39V18。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 图示是图示是GAL16V8GAL16V8的逻辑电路图，它有的逻辑电路图，它有16 16 个输入个输入引脚（其中八个为固定输入引脚）和八个输出引脚。引脚（其中八个为固定输入引脚）和八个输出引脚。其内部结构是由八个输入缓冲器，

23、八个输出反馈其内部结构是由八个输入缓冲器，八个输出反馈/输输入缓冲器，八个输出三态缓冲器，八个输出逻辑宏入缓冲器，八个输出三态缓冲器，八个输出逻辑宏单元单元OLMCOLMC，88 88个与门构成的与门阵列以及时钟和个与门构成的与门阵列以及时钟和输出选通信号输入缓冲器等组成。输出选通信号输入缓冲器等组成。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一个一个OLMCOLMC由与阵列输出组成，其内部结构如图所示，由与阵列输出组成，其内部结构如图所示，每个每个OLMCOLMC包括或门阵列中的一个或门，或门的每一个包括或门阵列中的一个或门，或门

24、的每一个输入对应一个乘积项，因此或门的输出为有关乘积项输入对应一个乘积项，因此或门的输出为有关乘积项之和；图中的异或门用于控制输出信号的极性，当之和；图中的异或门用于控制输出信号的极性，当XORXOR（n n）端为）端为1 1时，异或门起反相器作用；反之为同时，异或门起反相器作用；反之为同相器相器,XOR,XOR（n n）对应于结构控制字中的一位，）对应于结构控制字中的一位，n n为引为引脚号；脚号；D D触发器对异或门的输出状态起记忆作用，使触发器对异或门的输出状态起记忆作用，使GALGAL适用于时序逻辑电路。适用于时序逻辑电路。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自

25、己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么每个每个OLMCOLMC中有四个多路开关中有四个多路开关MUX,FIMUXMUX,FIMUX用于控制第用于控制第一乘积项；一乘积项；TSMUXTSMUX用于选择输出三态缓冲器的选通信用于选择输出三态缓冲器的选通信号；号；FMUXFMUX决定反馈信号的来源；决定反馈信号的来源；OMUXOMUX用于选择输出用于选择输出信号是组合逻辑的还是寄存逻辑的。多路开关状态信号是组合逻辑的还是寄存逻辑的。多路开关状态取决于结构控制字中的取决于结构控制字中的AC0AC0和和AC1AC1（n n）位的值。）位的值。例如，例如，TSMUXTSMUX的控制信号是的控制信号是A

26、C0AC0和和AC1AC1（n n）,当当AC0AC1(n)=11AC0AC1(n)=11时，表示多路开关时，表示多路开关TSMUXTSMUX的数据输入的数据输入端端1111被选通，表示三态门的选通信号是第一乘积项。被选通，表示三态门的选通信号是第一乘积项。表列出有关控制信号与表列出有关控制信号与OLMCOLMC的配置关系。的配置关系。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 GAL16V8逻辑图在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 OLMC内部结构在日常生活中，

27、随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 OLMC的配置控制的配置控制SYNSYNAC0AC0ACAC1 1(n)(n)XOR(nXOR(n)配置功能配置功能输出极性输出极性 1 10 01 1输入模式输入模式1 11 10 00 00 00 00 01 1所有输出所有输出是组合的是组合的低有效低有效高有效高有效1 11 11 11 11 11 10 01 1所有输出所有输出是组合的是组合的低有效低有效高有效高有效0 00 01 11 11 11 10 01 1组合输出组合输出积存输出积存输出低有效低有效高有效高有效0 00 00 00 00

28、00 00 01 1寄存输出寄存输出低有效低有效高有效高有效在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么表中表中SYNSYN、AC0AC0、AC1AC1（n n）和）和XORXOR（n n）都是结构控制）都是结构控制字中可编程位。字中可编程位。SYN=0SYN=0时，时，GAL GAL器件有寄存输出能力；器件有寄存输出能力；SYN=1SYN=1时，时，GAL GAL为一个纯粹组合逻辑器件。在两个宏为一个纯粹组合逻辑器件。在两个宏单元单元OLMCOLMC（1212）和）和OLMCOLMC（1919）中，）中，SYNSYN还代替了还代替了AC1AC1（m m），而），而SYNSYN代替了代替了AC0AC0，以仿真，以仿真PALPAL的型号。的型号。XOR(n)XOR(n)位决定着每个输出的极性，当位决定着每个输出的极性，当OR(n)=0OR(n)=0，输出，输出低电平有效；当低电平有效；当XOR(n)=1 XOR(n)=1 时，输出高电平有效。时，输出高电平有效。GALGAL器件具有了许多优良特性，但其应用取决于开发器件具有了许多优良特性，但其应用取决于开发环境环境硬件工具硬件工具Logic LabLogic Lab编程器及软件工具编程器及软件工具GALLABGALLAB和和CUPLCUPL。