實訓7存儲器7.1概述

7.2存儲器的種類7.3存儲器的應(yīng)用7.4存儲器常用芯片簡介實訓7EPROM的固化與擦除

1.實訓目的

（1）掌握EPROM2764的基本工作原理和使用方法。

（2）學會使用ALL－07編程器對EPROM進行數(shù)據(jù)的存入。

（3）學會EPROM擦除的工作過程。

2.實訓設(shè)備和器件

實訓設(shè)備：PC機，ALL－07（或ALL－11）編程器，紫外線擦除器,直流電源,示波器,單脈沖發(fā)生器。

實訓器件：EPROM2764（或E2PROM2864）一片,74LS161一片,發(fā)光二極管8個,510Ω電阻8個,導線若干,面包板一塊。

3.實訓電路圖

實訓電路圖如圖7.1所示。圖7.1實訓7電路圖

4.實訓步驟與要求

1）插入芯片

在編程器中插入2764并固定，注意芯片一定要按照編程器上的標識插在正確的位置。打開編程器的電源開關(guān)。

2）進入EPROM編程軟件

打開計算機，執(zhí)行ACCESS命令，即可進入編程軟件，選擇“EPROM”，執(zhí)行EPROM的操作程序，進入到

下一個界面，選擇生產(chǎn)廠家和芯片型號。其中芯片的編程電壓是一個重要的參數(shù)。所選擇芯片的編程電壓必須和所使用的2764的編程電壓相同，一般有21V，12.5V和25V幾種。

3）檢查2764的內(nèi)容

選好合適的芯片類型并回車后，就進入到編程界面。在此選擇“M”和“T”可以修改芯片的生產(chǎn)廠家和類型。鍵入“B”，可以檢查2764的內(nèi)容是否為空（BLANKCHECK）。檢查后若顯示“OK”，則說明2764的存儲內(nèi)容為空，可以進行步驟4）；否則說明2764中有信息，需要擦除后再進行寫入操作。擦除操作見步驟6）。

4）向2764寫入內(nèi)容

鍵入“4”，執(zhí)行編輯緩沖器操作（EDITBUFFER），回車后出現(xiàn)編輯界面。在該界面下可以顯示2764的所有存儲單元0000～1FFF的內(nèi)容，未寫入時全為1?？梢愿鶕?jù)自己的需要在相應(yīng)的單元寫入內(nèi)容。為了測試方便，可寫入以下內(nèi)容：

0000~000F單元：FEFFFCFFF8FFF0FFE0FFC0FF80FF00FF

1000~100F單元：FEFFFDFFFBFFF7FFEFFFDFFFBFFF7FFF

其他單元的內(nèi)容不變，全為FF。這里0~F代表十六進制數(shù)。

5）2764內(nèi)容測試

(1)2764的2腳接地。根據(jù)單脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖可以看到，電路中的發(fā)光二極管的點亮規(guī)律為：1＃亮；全滅；1＃、2＃亮；全滅；1＃、2＃、3＃亮；全滅；……;全亮；全滅。16個脈沖后又重新按照上述規(guī)律循環(huán)。

(2)2764的2腳接+5V。根據(jù)單脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖可以看到，電路中的發(fā)光二極管的點亮規(guī)律為：8個發(fā)光二極管依次點亮，即1＃亮；全滅；2＃亮；全滅；3＃亮；全滅；……；8＃亮；全滅。16個脈沖后又重新按照上述規(guī)律循環(huán)。

6）擦除2764中的內(nèi)容并測試

取下電路中的2764，放進紫外線擦除器中，設(shè)定10min

左右的定時時間，插上電源，開始對2764中的內(nèi)容進行擦除。擦除結(jié)束后，重復步驟1），2），3），可以看到2764中的內(nèi)容為空。再插入實訓電路中，所有發(fā)光二極管均不會點亮。

5.實訓總結(jié)與分析

（1）2764是一個8K×8的存儲器，共有8K個字

節(jié)，每個字節(jié)8位；有A0~A12共13根地址線，當A0~A12從

0000000000000~1111111111111變化時，對應(yīng)于0

000H~1FFFH（H表示十六進制）單元，每個單元8位。（2）分析步驟4）所寫入的內(nèi)容。在0000H單元寫入的內(nèi)容為11111110（FEH），當讀出該單元內(nèi)容時，由實訓電路可知，1＃發(fā)光二極管的負極接低電平，因此1＃發(fā)光二極管點亮。對0000H~000FH和1000H~100FH單元，按照同樣的方法分析，可以得出發(fā)光二極管的點亮規(guī)律。（3）對于步驟5）的第(1)種情況，A12和A4~A11都接地，當74LS161對脈沖計數(shù)時，使2764的A0~A3地址線狀態(tài)按照0000~1111的規(guī)律循環(huán)，因此依次選中的2764的單元為0000000000000～0000000001111，即0000H~000FH，所以發(fā)光二極管按照步驟5）的第(1)種規(guī)律點亮。（4）對于步驟5）的第(2)種情況，A12接VCC，A4~A11仍然接地，當74LS161對脈沖計數(shù)時，使2764的A0~A3地址線狀態(tài)按0000~1111的規(guī)律循環(huán)，因此依次選中的2764的單元為1000000000000~1000000001111，即1000H~100FH，所以發(fā)光二極管按照步驟5）的第(2)

種規(guī)律點亮。（5）將EPROM中的內(nèi)容擦除后，所有單元都為1，即所有單元的內(nèi)容全部都為FFH。再將2764接入實驗電路中，由于發(fā)光二極管負極接的都是高電平，所以均不亮。

7.1概述

若干位二進制信息（例如實訓中所使用的2764就是8位的存儲器）構(gòu)成一個字節(jié)。一個存儲器能夠存儲大量的字節(jié)，實訓中2764能夠存儲8K個字節(jié)，其存儲容量為8K×8=64KB。“2764”中的“64”就代表了存儲器芯片的容量。

7.2存儲器的種類

7.2.1隨機存取存儲器RAM

1.RAM的結(jié)構(gòu)

隨機存取存儲器一般由存儲矩陣、地址譯碼器、片選控制和讀/寫控制電路等組成，參見圖7.2。圖7.2RAM結(jié)構(gòu)示意圖

1）存儲矩陣

該部分是存儲器的主體，它由若干個存儲單元組成,每個存儲單元可存放一位二進制信息。為了存取方便，通常將這些存儲單元設(shè)計成矩陣形式，即若干行和若干列。例如，一個容量為256×4（256個字，每個字4位）的存儲器，共有256個存儲單元，這些單元可排成如圖7.3所示的32行×32列的矩陣。圖7.3中的存儲矩陣每行有32個存儲單元（圓圈代表存儲單元），每4個存儲單元為一個字，因此每列可存儲8個字，稱為8個字列。每根行選擇線選中一行，每根列選擇線選中一列。因此，該RAM存儲矩陣共需要32根行選擇線和8根列選擇線。圖7.3RAM存儲矩陣

2）地址譯碼器

由上所述，一片RAM由若干個字組成（每個字由若干位組成，例如4位、8位、16位等）,通常信息的讀寫也是以字為單位進行的。為了區(qū)別不同的字，將存放在同一個字的存儲單元編為一組，并賦予一個號碼，則該號碼被稱為地址。上述的256×4的存儲矩陣，256個字需要8根地址線（A7~A0）區(qū)分（28=256）。其中,地址碼的低5位A4~A0

作為行譯碼輸入，產(chǎn)生25=32根行選擇線，地址碼的高3位A7~A5用于列譯碼，產(chǎn)生23=8根列選擇線。例如，若輸入地址A7~A0為00011111時，位于X31和Y0交叉處的單元被選中，可以對該單元進行讀寫操作。

3）讀/寫與片選控制

數(shù)字系統(tǒng)中的RAM一般由多片組成，而系統(tǒng)每次讀寫時，只選中其中的一片（或幾片）進行讀寫，因此在每片RAM上均加有片選信號線CS。只有該信號有效（CS=0）時，RAM才被選中，可以對它進行讀寫操作，否則該芯片不工作。某芯片被選中后，該芯片執(zhí)行讀還是寫操作由讀寫信號R/W控制。圖7.4所示為片選與讀寫控制電路。圖7.4片選與讀寫控制電路當片選信號CS=1時，三態(tài)門G1，G2，G3均為高阻態(tài)，此片未選中，不能進行讀或?qū)懖僮?當片選信號CS=0時，芯片被選中。若R/W=1，則G3導通，G1、G2高阻態(tài)截止，此時若輸入地址A7~A0為00011111，于是位于［31，0］的存儲單元所存儲的信息送出到I/O端，存儲器執(zhí)行的是讀操作。

2.RAM的存儲單元

1）靜態(tài)存儲單元（SRAM）

靜態(tài)存儲單元是在靜態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上附加門控管而構(gòu)成的。圖7.5是用六只CMOS管（增強型）組成的靜態(tài)存儲單元。圖中CMOS管V1~V4構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，用于存儲一位二進制信息。V5、V6管是觸發(fā)器與位線Xi間的門控管，控制觸發(fā)器與位線的接通與斷開。

V7、V8管控制位線與數(shù)據(jù)線D、D的通斷(因為V7、V8管屬列內(nèi)各單元公用，故不計入存儲單元的器件數(shù)目)。圖中V1~V8各管的圖形表示為浮柵雪崩式MOS管，簡稱FAMOS管。柵極上有小圓圈的V2、V4為P溝道FAMOS

管，而柵極上沒有小圓圈的為N溝道FAMOS管。圖7.5六管CMOS靜態(tài)存儲單元六管NMOS靜態(tài)存儲單元的電路結(jié)構(gòu)與圖7.5基本相同，只是各MOS管均為NMOS管。采用NMOS靜態(tài)存儲單元的常用靜態(tài)RAM芯片有2114（1K×4）、2128（2K×8）等。NMOS靜態(tài)RAM功耗極大，而且無法實施斷電保護。

2）動態(tài)存儲單元DRAM

動態(tài)存儲單元是利用MOS管柵極電容的暫存作用來存儲信息的。為保持原存儲信息不變，需要不間斷地對存儲

信息的電容定時地進行充電（也稱刷新）。動態(tài)RAM8118是采用三管動態(tài)存儲單元的一種RAM，它的存儲容量為16K×1位。隨著新技術(shù)的發(fā)展，目前靜態(tài)存儲單元的集成度已大大提高，再加上采用CMOS工藝，因此它的功耗和速度指標得以改善而倍受用戶青睞?，F(xiàn)在用的64K靜態(tài)RAM，每片功耗只有10mW，其維持功耗可低至15nW，完全可用電池作為其后備電源，構(gòu)成不揮發(fā)存儲器。

3.RAM的擴展

1）位擴展

RAM的地址線為n條，則該片RAM就有2n個字，若只需要擴展位數(shù)不需擴展字數(shù)時，說明字數(shù)滿足了要求，即地址線不用增加。要擴展位數(shù)，只需把若干位數(shù)相同的RAM芯片的地址線共用，R/W線共用，片選CS線共用，每個RAM的I/O端并行輸出即可。

【例7.1】試用1024×1RAM擴展成1024×8存儲器。解擴展為1024×8存儲器需要1024×1RAM的片

數(shù)為

只要把8片RAM的10位地址線并聯(lián)在一起，R/W線并聯(lián)在一起,片選CS線也并聯(lián)在一起，每片RAM的I/O端并行輸出到1024×8存儲器的I/O端作為數(shù)據(jù)線I/O0~I/O7，即實現(xiàn)了位擴展，連接圖如圖7.6所示。圖7.6用1024×1RAM組成1024×8存儲器

【例7.2】試把256×4RAM擴展成1024×4存儲器。解需用256×4RAM的芯片數(shù)為

將4片芯片的I/O線、R/W線和8位地址線A7~A0并聯(lián)在一起，就可實現(xiàn)擴展，電路連接圖如圖7.7所示。圖7.7用256×4RAM組成1024×4存儲器因為字數(shù)擴展了4倍，故應(yīng)增加兩位高位地址線A8、A9，這可以通過外加2-4線譯碼器控制芯片的片選輸入端CS來實現(xiàn)。增加的地址線A8、A9與譯碼器的輸入相連，譯碼器的低電平輸出分別接到4片RAM的片選輸入端CS。當A9A8A7~A0為0000000000~0011111111時，芯片1的CS=0，即該片被選中，可以對該片的256個字進行讀寫

操作。當A9A8A7~A0為0100000000~0111111111時，芯

片2的CS=0，即該片被選中，可以對該片的256個字進行讀寫操作；當A9A8A7~A0為1000000000~1011111111時，芯片3的CS=0，即該片被選中，可以對該片進行讀寫操作；當A9A8A7~A0為1100000000~1111111111時，芯片4的CS=0，即該片被選中，可以對該片進行讀寫操作。

3）RAM的字位同時擴展

【例7.3】試把64×2RAM擴展為256×4存儲器。

解擴展為256×4存儲器需64×2RAM的芯片數(shù)為:

對于字、位同時擴展的RAM，一般先進行位擴展后再進行字擴展。先將64×2RAM擴展為64×4RAM，需兩片64×2RAM。將字數(shù)由64擴展為256，即字數(shù)擴展了4倍，故應(yīng)增加兩位地址線，通過2-4線譯碼器產(chǎn)生4個相應(yīng)的低電平分別去連接4組64×4RAM的片選端CS。這樣256×4RAM的地址線由原來的6條A5~A0擴展為8條A7~A0。電路連接圖如圖7.8所示。圖7.864×2RAM擴展成256×4存儲器7.2.2只讀存儲器ROM

掩膜ROM：這種ROM在制造時就把需要存儲的信息用電路結(jié)構(gòu)固定下來，用戶使用時不得更改其存儲內(nèi)容，所以又稱為固定存儲器。

可編程ROM(PROM)：PROM存儲的數(shù)據(jù)是由用戶按自己的需求寫入的，但只能寫一次，一經(jīng)寫入就不能更改。

1.掩膜ROM

掩膜ROM，又稱固定ROM，這種ROM在制造時，生產(chǎn)廠利用掩膜技術(shù)把信息寫入存儲器中。按使用的器件來分，掩膜ROM可分為二極管ROM、雙極型三極管ROM和MOS管ROM三種類型。在這里主要介紹二極管掩膜ROM，圖7.9是4×4二極管掩膜ROM電路原理圖。圖7.94×4二極管掩膜ROM

1）ROM電路的結(jié)構(gòu)

ROM的電路結(jié)構(gòu)包含存儲矩陣、地址譯碼器和輸出緩沖器三個組成部分,如圖7.9所示。

存儲矩陣由許多存儲單元排列而成。存儲單元可以用二極管、雙極型三極管或MOS管構(gòu)成。每個單元能存放1位二進制代碼（1或0）。每1個或一組存儲單元有一個對應(yīng)的地址代碼。

2）工作原理

圖7.9是具有2位地址輸入和4位數(shù)據(jù)輸出的ROM電路，它的存儲單元由二極管構(gòu)成，它的地址譯碼器由4個二極管與門組成。2位地址代碼A1A0能給出4個不同的地址。

地址譯碼器將這4個地址代碼分別譯成W0~W34根線上的高電平信號。存儲矩陣實際上是由4個二極管或門組成的譯碼器，當W0~W3每根線上給出高電平信號時，都會在D3~D04根線上輸出一個4位二進制代碼。通常將每個輸出代碼稱做一個字，把W0~W3叫字線，把D3~D0叫位線（或數(shù)據(jù)線），而把A1、A0稱為地址線。在讀取數(shù)據(jù)時，只要輸入指定的地址碼且EN=0，則被指定的地址內(nèi)各存儲單元所存的數(shù)據(jù)便會輸出到數(shù)據(jù)線上。當A1A0=10，W2=1，其余字線為低電平時，由于只有D2′一根線與W2間接有二極管，它導通后使D2′為高電平，而其余各線為低電平，于是在數(shù)據(jù)線（位線）上得到D3D2D1D0=0100。地址碼A1A0的4個地址內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)如表7.1所示。在圖7.9的存儲矩陣中，字線和位線的每個交叉點代表一個存儲單元，交叉處接有二極管的單元，表示存儲數(shù)據(jù)為“1”，無二極管的單元表示存儲數(shù)據(jù)為“0”。交叉點的數(shù)目也就是存儲單元數(shù)。習慣上用存儲單元的數(shù)目表示存儲器的容量，并寫成“（字數(shù)）×（位數(shù)）”的形式。本例ROM的容量是“4×4位”。

2.可編程PROM

可編程PROM在封裝出廠前，存儲單元中的內(nèi)容全為“1”（或全為“0”），用戶可根據(jù)需要進行一次性編程處理，將某些單元的內(nèi)容改為“0”（或“1”）。圖7.10是熔絲型PROM的一個存儲單元，它由三極管和熔絲組成。出廠前，所有存儲單元的熔絲都是通的，存儲內(nèi)容全為“1”。用戶在使用前進行一次性編程。例如，若想使某單元的存儲內(nèi)容為“0”，只需選中該單元后，再在VCC端加上電脈沖，使熔絲通過足夠大的電流，把熔絲燒斷即可。圖7.10熔絲型PROM存儲單元

3.紫外線可擦除EPROM

EPROM是另外一種被廣泛使用的存儲器。當

不需要EPROM中的原有信息時，可以將它擦除后重寫，可用EPROM擦除器產(chǎn)生的強紫外線，對EPROM照射20分鐘左右，使全部存儲單元恢復“1”后，就可以寫入新的信息。

4.E2PROM

E2PROM是近年來被廣泛使用的一種只讀存儲器，它被稱為電擦除可編程只讀存儲器，有時也寫作EEPROM。特別是最近出現(xiàn)的+5V電擦除E2PROM，通常不需單獨的擦除操作，它可在寫入過程中自動擦除，使用非常方便。以28打頭的系列芯片都是E2PROM。

5.FlashMemory

FlashMemory是在E2PROM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，屬于E2PROM類型，其編程方法和E2PROM類似，但FlashMemory不能按字節(jié)擦除。FlashMemory既具有ROM非易失性的優(yōu)點，又具有存取速度快、可讀可寫、集成度高、價格低、耗電省的優(yōu)點，目前被廣泛使用。FlashMemory的型號也以28打頭。

6.串行E2PROM

為了節(jié)省總線的引線數(shù)目，可以采用具有串行總線的E2PROM，即不同于傳統(tǒng)存儲器的串行E2PROM芯片。

對于二線制總線E2PROM，它用于需要I2C總線的應(yīng)用中，目前較多的應(yīng)用在單片機的設(shè)計中。器件型號以24或85打頭的芯片都是二線制I2C串行E2PROM。其基本的總線操作端只有兩個：串行時鐘端SCL和串行數(shù)據(jù)/地址端SDA。在SDA端,E2PROM根據(jù)I2C總線協(xié)議串行傳輸?shù)刂沸盘柡蛿?shù)據(jù)信號。串行E2PROM的優(yōu)點是引線數(shù)目大大減少，目前已被廣泛使用。7.3存儲器的應(yīng)用

1.存儲數(shù)據(jù)、程序

單片機系統(tǒng)都含有一定單元的程序存儲器ROM（用于存放編好的程序和表格常數(shù)）和數(shù)據(jù)存儲器RAM。圖7.11是以EPROM2716作為外部程序存儲器的單片機系統(tǒng)。圖7.12是以6116作為外部數(shù)據(jù)存儲器的單片機系統(tǒng)。圖7.11單片機系統(tǒng)的外部程序存儲器(用2716)圖7.12單片機系統(tǒng)的外部數(shù)據(jù)存儲器(用6116)

2.實現(xiàn)邏輯函數(shù)

ROM除用作存儲器外，還可以用來實現(xiàn)各種組合邏輯函數(shù)。若把ROM的n位地址端作為邏輯函數(shù)的輸入變量，則ROM的n位地址譯碼器的輸出就是由輸入變量組成的2n個最小項，而存儲矩陣把有關(guān)的最小項相或后輸出，就獲得了輸出函數(shù)。

【例7.4】試用ROM實現(xiàn)下列各函數(shù)。解按題意，選用容量為16×4的PROM。依A、B、C、D順序排列變量，將Y1、Y2、Y3和Y4擴展成4變量的邏輯函數(shù)：

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）

據(jù)此畫出存儲矩陣接線圖，如圖7.13所示。圖7.1316×4ROM存儲矩陣接線圖

3.用ROM（2716）實現(xiàn)的信號發(fā)生器

三角波如圖7.14所示，在圖中我們?nèi)?56個值代表波形的變化情況。將水平方向的256個點順序取值，按照二進制送入EPROM2716（2K×8位）的地址端A0~A7，地址譯碼器的輸出為256個；垂直方向的取值也轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，由于2716是8位的，所以要轉(zhuǎn)換成8位二進制數(shù)。圖7.14三角波將這256個二進制數(shù)用用戶編程的方法，寫入對應(yīng)的

存儲單元，該三角波的存儲表如表7.2所示。將2716的高

三位地址A8A9A10取為0，則該三角波占用的地址空間為00000000000~00011111111，共