【正文】 半導(dǎo)體存儲器的擴(kuò)展 MCS51并行 I/O接口的擴(kuò)展 LED顯示器的設(shè)計 按鍵和鍵盤的設(shè)計 存儲器 擴(kuò)展、動態(tài)顯示和鍵盤的實驗 第 5章 半導(dǎo)體存儲器及并行 I/O接口擴(kuò)展 32 Page 160208 半導(dǎo)體存儲器基礎(chǔ) ? 內(nèi)存：磁芯存儲器 半導(dǎo)體存儲器 ? 外存： ?磁表面存儲器 光盤存儲器 ?磁鼓、磁帶和磁盤 1．半導(dǎo)體存儲器的分類和作用 ? 按工藝： 雙極型 MOS型 (場效應(yīng)管 ) ?雙極型晶體管是一種電流控制器件，電子和空穴同時參與導(dǎo)電。 ?同場效應(yīng)晶體管相比，雙極型晶體管開關(guān)速度快，但輸入阻抗小，功耗大。 ?雙極型晶體管體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高，已廣泛用于廣播、電視、通信、雷達(dá)、計算機(jī)、自控裝置、電子儀器、家用電器等領(lǐng)域，起放大、振蕩、開關(guān)等作用。 ? 按功能： ?RAM (SRAM、 DRAM 、 SDRAM) ?ROM (掩膜、 PROM、 EPROM、 FLASH) ? 易失性存儲器 非易失性存儲器 半導(dǎo)體存儲器的擴(kuò)展 （ 1） RAM 數(shù)據(jù)隨時讀寫，讀則取之不盡、寫則蓋舊換新。 按存取方式分： 靜態(tài) RAM（ SRAM）和 動態(tài) RAM（ DRAM）。 隨機(jī)存取存儲器 RAM 靜態(tài) RAM 動態(tài) RAM （ 2） ROM存儲器 信息掉電不丟失。 按編程方式分為三類 ： 掩模 ROM： 工廠批量寫入 PROM ： 用戶寫入，但只有一次。 EPROM： 可被反復(fù)擦寫的 PROM ，按擦除方法又分為： a、紫外光擦洗 UVEPROM； b、電擦洗 EEPROM、（在線改寫，字節(jié)擦或塊擦）； 閃速存儲器：存儲容量大、擦除和編程速度快。 只讀存儲器 ROM 掩膜 ROM PROM EPROM EEPROM 閃速存儲器 （ 3）新型存儲器： OTP ROM：是一種新型 PROM，已經(jīng)過測試性編程。 FRAM： 非易失性鐵電存儲器，屬未來型。具有 DRAM的高集成度和低成本的優(yōu)點，又有 SRAM 的存取速度以及 EPROM的非易失性。但其存取周期是有限的，向無限次發(fā)展。 nvSRAM： 新型非易失性靜態(tài)讀寫存儲器，由美國 96年推出，可靠性高，號稱 “ LOW COST” 新型動態(tài)存儲器 ：專門用于大容量的系統(tǒng)機(jī)和工作站。 ? （ 1）存儲容量 ? 存儲器能夠存儲的信息總量 . ? 存儲容量 =字?jǐn)?shù) ╳ 字長 1K=210=1024 1M=220=1024K 1G=230=1024M 1T=240=1024G 2. 半導(dǎo)體存儲器的技術(shù)指標(biāo) （ 2）最大存取時間 ? 存儲器從接收到存儲單元的地址開始 ,到讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)為止所需要的時間稱為存取周期 ,該時間的上限值稱為最大存取時間 （ 3）存儲器功耗 ? 存儲器功耗是指它在正常工作時所消耗的電功率 .該功率由 “ 維持功耗 ” 和 “ 操作功耗 ” 組成 （ 4）可靠性和工作壽命 ? 抗干擾能力強(qiáng)、壽命也較長 （ 5）集成度 ? 指在一塊數(shù)平方毫米芯片上能夠集成的晶體管數(shù)目，有時也以每塊芯片上集成的基本存儲電路個數(shù)來表征，故常以位 /片表示 3. 半導(dǎo)體存儲器的基本結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體存儲器由存儲陣列、地址譯碼器、控制電路組成 （ 1）單譯碼編址存儲器 0讀 1寫 片選 讀寫控制 （ 2） 雙譯碼編址存儲器 存儲陣列（ 2n m ）Y地址寄存器和譯碼器三態(tài)雙向緩沖器控制電路位線D 0D 7D 100A 0A p 1R / WCEOEX 地址寄存器和譯碼器17Y 地址選擇線2p 1X 地址選擇線ApA n 102np 10 存儲單元 ? 單譯碼編址存儲器的基本結(jié)構(gòu)與雙譯碼編址存儲器結(jié)構(gòu)類似 ,區(qū)別在于 :地址譯碼器的結(jié)構(gòu)不同 ? 單譯碼編址存儲器用于小容量存儲器 ? 雙譯碼編址存儲器用于大容量存儲器 只讀存儲器 ROM 只讀存儲器 ROM 掩膜 ROM PROM EPROM EEPROM 閃速存儲器 ? 只讀存儲器具有非易失性和非易揮發(fā)性，又稱固定存儲器或永久存儲器，常用于程序存儲。 (1)掩模 ROM 讀原理 ：由地址線先選中相應(yīng)的字線（為高電平），掩模 ROM存儲 “ 0”或 “ 1”是由存儲單元中各位是否有MOS管決定（有為 0，無為 1）。 其信息在制造芯片時寫入。 （ 2 ） PROM存儲器原理 字地址寄存器和譯碼器0 字線WEc存儲陣列RcD 7 （ Dn ）T 1T 2DWD 0讀寫控制電路31 字線W W W W W W WEc RcEcA 0A 1A 2A 3A 4熔絲通“ 1” （ 3 ） EPROM的工作原理 ① UVEPROM 紫外線擦除 FAM OS源漏位線字線T 1T 2VC CT 3若浮置柵內(nèi)無電荷，表示管內(nèi)存 1 ② EEPROM電擦除 1987年首次出現(xiàn) ，是 UVEPROM和 EEPROM結(jié)合的產(chǎn)物 存儲容量不斷發(fā)展，制造工藝不斷提高。 ? 按接口種類劃分： ? 標(biāo)準(zhǔn)的并行接口閃存： ?按三總線連接 ? NAND（與非）型閃存： ?引腳分時復(fù)用 ? 串行接口的閃存： ?通過一個串行數(shù)據(jù)輸入和一個串行數(shù)據(jù)輸出來和 CPU接口 （ 4）閃速存儲器 2. 典型 ROM芯片介紹 （ 1） UVEPROM ? Intel 27XX 型 號 容量 /KB 讀出時間 /ns 制 造 工 藝 所用電源 /V 管 腳 數(shù) 2716 2 300～ 450 NMOS +5 24 2732A 4 200～ 450 NMOS +5 24 2764 8 200～ 450 HMOS +5 28 27128 16 250～ 450 HMOS +5 28 27256 32 200～ 450 HMOS +5 28 27512 64 250～ 450 HMOS +5 28 (2) 2764 的引腳功能 (3)2764的工作方式 （ 2） EEPROM Intel 28 類 別 容量 /KB 取數(shù)時間 /ns 字節(jié)擦除時間 /ms 讀入時間 /ms 讀操作電壓 /V 寫 /擦除操作電壓 VPP/V 2816 2 250 10 10 5 21 2816A 2 200/250 9～ 15 9～ 15 5 5 2817 2 250 10 10 5 21 2817A 2 200/250 10 10 5 5 2864A 8 250 10 10 5 5 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 D 0 D 1 D 2 GND A 8 VP P OE A 10 CE D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 VC C 2816 A （ 2816 ） 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 D 0 D 1 D 2 GND A 8 NC OE A 10 CE D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 VC C NC WE A 9 NC R EADY / B US Y 2817 A （ 2817 ） 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 13 14 16 17 18 （ 3）閃速存儲器 并行 Flash芯片 NC A 12A 7 A 6 A 5 A 4A 3A 2D 2 D 1 D 0 A 14 A 8 A 9 A 11 D 7 D 6 D 5D 4D 3VC C NC A 13 NC VP P 28 F 256 A 1A 0VS S A 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 15 16 31 30 29 28 26 25 24 23 22 21 20 19 32 18 17 WE W（ ）CE E（ ）OE G（ ）串行 Flash芯片： NC SK DI DO NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC NC VC C NC NC NC NC NM 29 A040 / 080 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 13 14 16 17 18 VS S NC NC NC CS隨機(jī)讀寫 易失性 隨機(jī)存取存儲器 RAM 靜態(tài) RAM 動態(tài) RAM 雙極型 MOS型 靜態(tài) 容量小，不用刷新，依靠觸發(fā)器存儲信息；動態(tài) 容量大，要刷新，依靠存儲電容存儲信息。 隨機(jī)存取存儲器 RAM （ 1）靜態(tài) RAM的工作原理 V C C Y X D D T2導(dǎo)通、 T1截止時，Q=1的狀態(tài)稱為 1狀態(tài) （ 2）動態(tài) RAM的工作原理 C 1 Q 1 X 地址選擇線 A C 2 Q 2 Y 地址選擇線DC1為極間電容，也稱存儲電容。 Q2為列選通管。 C2稱為分布電容。 C1上有電荷表示存 1 ， C1上無電荷表示存 0 需刷新 2. 典型 RAM芯片介紹 （ 1）靜態(tài) RAM 型 號 存 儲 容 量 最大存取時間/ns 所 用 工 藝 所需電源/V 管 腳 數(shù) 2115A 1K 8 45～ 95 NMOS +5 16 2128 2K 8 150～ 200 HMOS +5 24 6116 2K 8 200 CMOS +5 24 6264 8K 8 200 CMOS +5 28 62128 16K 8 200 CMOS +5 28 62256 32K 8 200 CMOS +5 28 Intel 6264(靜態(tài) RAM) 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 引腳的功能 6264的引腳邏輯功能圖 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 62646212862256S R AM1314252627286 225 6 621 28 62 64A 14 NC NCA 12 A 1 2 A 12A7 A7 A7A6 A6 A6A5 A5 A5A4 A4 A4A3 A3 A3A2 A2 A2A1 A1 A1A0 A0 A0