【正文】 8個(gè) OLMC（ OLMC12～ OLMC19）； ④與陣列和 OLMC之間的 8個(gè)反饋緩沖器； ⑤一個(gè)規(guī)模為 32 64位的可編程與陣列， 它共有 32個(gè)輸入和 64個(gè)乘積項(xiàng)， 這 64個(gè)乘積項(xiàng)平均分配給 8個(gè) OLMC。目前常見(jiàn)的 GAL器件主要有 GAL16V GAL20VGAL22V GAL39V8和 ispGAL16Z8等，其中 GAL39V8中的或陣列也可編程，對(duì) ispGAL16Z8編程時(shí)則不需要專(zhuān)門(mén)的編程器， 可在系統(tǒng)編程。另外， GAL采用 E2PROM編程工藝，可以用電擦除并重復(fù)編程。 通用陣列邏輯 GAL 通用陣列邏輯 GAL是在 PAL的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的， 它繼承了PAL的與 或陣列結(jié)構(gòu)，與 PAL完全兼容。 但是 PAL一般采用熔絲編程工藝， 只能編程一次，所以使用者仍要承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)； 另外由于不同型號(hào)的芯片的輸出結(jié)構(gòu)各不相同，這也給使用者在選擇器件時(shí)帶來(lái)一些不便。 圖 522 PAL的異或輸出結(jié)構(gòu) D OECKOI 與 SSI、 MSI標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品相比， PAL的出現(xiàn)提高了設(shè)計(jì)的靈活性，有效減少了設(shè)計(jì)所用器件的數(shù)量。 3） 寄存器輸出結(jié)構(gòu) 圖 521 PAL的寄存器輸出結(jié)構(gòu) ID OECKO 4） 圖 522所示的輸出結(jié)構(gòu)與寄存器輸出結(jié)構(gòu)類(lèi)似，只不過(guò)在或陣列輸出與觸發(fā)器之間又設(shè)置了異或門(mén)，這種結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為異或輸出結(jié)構(gòu)。 圖 520 PAL的可編程 I/O結(jié)構(gòu) I0I1OEI / O 在有些可編程 I/O結(jié)構(gòu)的 PAL中， 在或陣列與輸出緩沖器之間還設(shè)有圖 514中所示的可編程異或門(mén)，這樣就可以通過(guò)編程來(lái)控制輸出信號(hào)的極性。不難發(fā)現(xiàn)，三態(tài)輸出緩沖器的使能信號(hào)來(lái)自于與陣列的輸出，是可編程的。 2） 可編程 I/O（輸入 / 在可編程 I/O結(jié)構(gòu)中，器件端口的工作狀態(tài)（輸入或者輸出）是可以控制的。其中， PAL10H8和 PAL14H4為或門(mén)輸出結(jié)構(gòu)， PAL10L8和 PAL14L4為或非門(mén)輸出結(jié)構(gòu)。圖 519所示為一個(gè)采用或非門(mén)的專(zhuān)用輸出結(jié)構(gòu)。 1） 專(zhuān)用輸出結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是輸出端只能用作輸出信號(hào)， 因?yàn)橄旅鎸?huì)看到在另外一種輸出結(jié)構(gòu)中，輸出端在一定條件下可以作為輸入使用。 【 例 5’5】 用 PAL實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù) ?????????)7,4,3,2,0(),()7,6,4,3(),(12321231mXXXFmXXXF解 首先對(duì)上述邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)后可得 ??????????121223212131XXXXXXFXXXXF圖 518 例 5的 PAL陣列 X2X1與陣列( 不可編程 )F1F2X3與陣列( 可編程) 在目前常見(jiàn)的 PAL器件中， 輸入變量最多可達(dá)到 20個(gè)，與陣列輸出的乘積項(xiàng)最多的有 80個(gè)， 或陣列的輸出端最多有 10個(gè)， 每個(gè)或門(mén)的輸入端最多的達(dá)到 16個(gè)。與陣列的可編程性保證了與門(mén)輸入變量的靈活性， 而或陣列固定使器件得以簡(jiǎn)化， 進(jìn)一步提高了對(duì)芯片的利用率。 但由于 PLA器件的制造工藝復(fù)雜，又一直缺乏高質(zhì)量的開(kāi)發(fā)工具，因而其使用并不廣泛。 該電路的 PLA陣列圖如圖 517所示。 解 設(shè)異步清零信號(hào)為 ，低電平有效；同步置數(shù)信號(hào)為 LD，高電平有效；串行輸入信號(hào)為 Din；并行輸入信號(hào)為 A、 B、 C； 時(shí)鐘信號(hào)為 CP。 首先由邏輯功能導(dǎo)出三組方程 (輸出方程組、 激勵(lì)方程組和次態(tài)方程組 )，然后選擇適當(dāng)規(guī)模的 PLA器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路。若采用組合邏輯 PLA來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序電路， 則需要外接觸發(fā)器單元。對(duì)多輸出邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)時(shí)要注意合理使用邏輯函數(shù)之間的公共項(xiàng)，使乘積項(xiàng)的總數(shù)最小。 解 四位自然二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為格雷碼的真值表如表 52所示。當(dāng)編程單元為 1時(shí)，或陣列輸出 S與經(jīng)過(guò)異或門(mén)以后的輸出 Y同相；當(dāng)編程單元為 0時(shí)， S與 Y反相。 按照輸出方式， PLA可以分成兩類(lèi)：一類(lèi) PLA以時(shí)序方式輸出，在這類(lèi) PLA的輸出電路中除了輸出緩沖器以外還有觸發(fā)器， 適用于實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯， 稱(chēng)為時(shí)序邏輯 PLA；另一類(lèi) PLA以組合方式輸出，在這類(lèi) PLA中不含有觸發(fā)器， 適用于實(shí)現(xiàn)組合邏輯， 稱(chēng)為組合邏輯 PLA。 PLA的規(guī)模通常用輸入變量數(shù)、乘積項(xiàng)的個(gè)數(shù)和或陣列輸出信號(hào)數(shù)這三者的乘積來(lái)表示。 可編程邏輯陣列 PLA 1． PLA的結(jié)構(gòu) 為了提高對(duì)芯片的利用率，在 PROM的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出了一種與陣列、 或陣列都可以編程的 PLD——可編程邏輯陣列 PLA。 圖 513 字符 R的顯示電路 D4D3D2D1D0A2A1A00Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7YA0A1A2SACSBS模 7 計(jì)數(shù)器 CPW0W1W2W3W4W5W67 4 1 3 87 5 L E D 點(diǎn)陣D4D3D2D1D01P R O M 用可編程 ROM來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的最大不足之處在于對(duì)芯片的利用率不高，這是因?yàn)?ROM中的與陣列是一個(gè)固定的全譯碼陣列， 每一個(gè)乘積項(xiàng)都是一個(gè)最小項(xiàng)，只能實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式，不能進(jìn)行化簡(jiǎn)，而且實(shí)際上大多數(shù)的組合邏輯函數(shù)也并不需要所有的最小項(xiàng)。顯示的字符與PROM中存儲(chǔ)的內(nèi)容是一一對(duì)應(yīng)的，顯然圖 513所示電路顯示的字符為 R。圖 513中給出了一個(gè) 7 5LED點(diǎn)陣示意圖， 圖中的每個(gè)小方格代表一個(gè) LED；每一行 LED的陰極連在一起， 分別受 3線 8線譯碼器 74138的輸出 W0～ W6的控制； 每一列 LED的陽(yáng)極連在一起，分別受 PROM的輸出 D4～ D0的控制；將模 7二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)（ 000～ 110）作為 PROM的地址。常見(jiàn)的字符顯示規(guī)格有 7 7 7和 9 7三種點(diǎn)陣。 構(gòu)成字符發(fā)生器是 ROM的一個(gè)比較重要的用途。如果要實(shí)現(xiàn) m n快速乘法器， PROM的容量至少為 2m+n （ m＋ n）位。只要將 A1A0B1B0按順序作為PROM的地址，把它們的乘積存放在相應(yīng)的存儲(chǔ)單元， 即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè) 2位二進(jìn)制數(shù)的快速乘法。 解 2 2快速乘法器的輸入是兩個(gè) 2位二進(jìn)制數(shù)，輸出的結(jié)果是 4位二進(jìn)制數(shù)。 E2PROM中數(shù)據(jù)的擦除和寫(xiě)入是同時(shí)進(jìn)行的， 以字為單位， 一個(gè)字的改寫(xiě)時(shí)間一般為 ms級(jí)； Flash Memory的擦除和讀寫(xiě)速度更快， 數(shù)據(jù)的擦除和寫(xiě)入是分開(kāi)進(jìn)行的，擦除方式類(lèi)似UVEPROM那樣整片擦除或分塊擦除。 E2PROM和 Flash Memory采用的也是浮柵編程工藝，用 MOS管的浮柵上有無(wú)電荷來(lái)表示存儲(chǔ)信息，只不過(guò)構(gòu)成它們的存儲(chǔ)單元的 MOS管的結(jié)構(gòu)略有區(qū)別。 UVEPROM器件外殼上的玻璃窗就是為紫外線擦除數(shù)據(jù)而設(shè)置的。 在紫外線的照射下， SiO2層中會(huì)產(chǎn)生電子 空穴對(duì)， 為浮柵上的電荷提供放電通路，使之放電， 這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為擦除。 如果此時(shí)再在控制柵上加以高壓脈沖， 就會(huì)有一些電子在高壓電場(chǎng)的作用下穿過(guò) SiO2層，被浮柵俘獲，從而實(shí)現(xiàn)了電荷注入， 也就是向存儲(chǔ)單元寫(xiě)入了 1。 在寫(xiě)入數(shù)據(jù)之前， 浮柵上都是不帶電荷的， 相當(dāng)于存儲(chǔ)的信息全部為 0。當(dāng)浮柵上沒(méi)有電荷時(shí)，給控制柵加上正常的高電平（由字線輸入）能夠使 MOS管導(dǎo)通；而在浮柵上注入負(fù)電荷以后，則襯底表面感應(yīng)的是正電荷，這使得 MOS管的開(kāi)啟電壓變高，正常的高電平不會(huì)使 MOS管導(dǎo)通。 圖 511 SIMOS管的結(jié)構(gòu)、 (a) SIMOS管的結(jié)構(gòu)； (b) SIMOS管的符號(hào)； (c) 存儲(chǔ)單元 DGcSGc位線字線DSGfSGfGcDS i O2N＋N＋P S i( a ) ( b ) ( c ) SIMOS管本身是一個(gè) N溝道增強(qiáng)型 MOS管，與普通 MOS管的區(qū)別在于它有兩個(gè)重疊的柵極 ——控制柵 Gc和浮柵 Gf。 圖 510 PLICE反熔絲結(jié)構(gòu)圖 P L I C EP o l y s i l i c o nF i e l d O x i d e F i e l d O x i d eP L I C ED i f f u s i o nP L I C ED i e l e c t r i c1 ? mD i f f u s i o n ： 擴(kuò)散F i e l d O x i d e：場(chǎng)氧化 物P o l y s i l i c o n：多晶硅D i e l e c t r i c：介質(zhì) 3） 可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（ EPROM EPROM包括 UVEPROM、 E2PROM和 Flash Memory， 它們與前面講過(guò)的 PROM在結(jié)構(gòu)上并無(wú)太大區(qū)別，只是采用了不同的存儲(chǔ)元件和編程工藝。 在未編程狀態(tài)下，反熔絲呈現(xiàn)十分高的阻抗（＞ 100 MΩ）；當(dāng) 18 V的編程電壓加在其上時(shí)， 介質(zhì)被擊穿， 兩層導(dǎo)電材料連在一起， 接通電阻小于 1 kΩ。 圖 58 4 4位 MOS管 ROM 2 線— 4 線地址譯 碼器W0W1W2W3A0A1位線字線D3D2D1D0EN2） 可編程只讀存儲(chǔ)器（ PROM） 圖 59 4 4位二極管 PROM存儲(chǔ)陣列 W0W1W2W3位線字線熔絲D3D2D1D0( a )W0W1W2W3位線字線熔絲D3D2D1D0( b ) 為了克服熔絲的缺點(diǎn)，又出現(xiàn)了反熔絲， 它通過(guò)擊穿介質(zhì)達(dá)到連通線路的目的。 假設(shè)經(jīng)過(guò)地址譯碼后， W0～ W3中的某一位字線為高電平， 則使得與這根字線相連的MOS管導(dǎo)通， 并使與這些 MOS管漏極相連的位線為低電平， 經(jīng)輸出緩沖器反相后，輸出為 1。 圖 57 4 4位二極管 ROM 2 線— 4 線地址譯 碼器W0W1W2W3D3D2D1D0A0A1位線字線 在圖 5’８存儲(chǔ)陣列中， 用 N溝道增強(qiáng)型 MOS管代替了圖 5’７中的二極管。電路中，地址譯碼器輸出高電平有效， 它的存儲(chǔ)單元使用二極管構(gòu)成， 字線與位線交叉點(diǎn)上接有二極管表示該位存儲(chǔ)“ 1”，無(wú)二極管表示該位存儲(chǔ)“ 0”。 ROM中的存儲(chǔ)單元可以是二極管， 也可以是雙極型三極管或 MOS管。在這種 ROM的制造過(guò)程中， 生產(chǎn)者通過(guò)最后一道工序 ——掩膜， 將用戶(hù)要求的數(shù)據(jù)“寫(xiě)入”存儲(chǔ)器， 因而有時(shí)也將這種方法稱(chēng)為掩膜編程。 另外，從編程工藝和擦除方法上又可以將 ROM分為： 固定只讀存儲(chǔ)器、可編程只讀存儲(chǔ)器 PROM（ Programmable Read Only Memory）、紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 UVEPROM（ UltraViolet Erasable Programmable Read Only Memory）、 電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 E2PROM（ Electric Erasable Programmable Read Only Memory）和閃速存儲(chǔ)器（ Flash Memory）。一般用存儲(chǔ)陣列所能夠存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息的位數(shù) 2n m（字線與位線的乘積）來(lái)表示 ROM的存儲(chǔ)容量， 它也恰好等同于作為 PLD的與門(mén)數(shù)和或門(mén)數(shù)的乘積。由此看來(lái)， ROM中的或陣列又可以被看作一個(gè)存儲(chǔ)陣列， m0～ m3是存儲(chǔ)陣列的字線， F F0是存儲(chǔ)陣列的位線。 例如，圖 5６（ a）給出的是一個(gè) 22（ 2個(gè)輸入） 2（ 2個(gè)輸出）ROM在對(duì)其或陣列編程后的陣列圖，不難看出： 013012022010 ,),( AAmAAmAAmAAm ????顯然，該 ROM實(shí)現(xiàn)了 2個(gè) 2變量的邏輯函數(shù)， ?? ?? )3,2,0(),(),3,1,0(),( 010011 mAAFmAAF 如果從存儲(chǔ)器的角度觀察 ROM的電路結(jié)構(gòu)，將圖 5６（ a）所示的 ROM的輸入變量 A A0看作地址，不難發(fā)現(xiàn) ROM中的與陣列實(shí)際上是一個(gè)高電平輸出有效的地址全譯碼器。