电工电子实验技术（下册）

2006年2月EDA室卢庆莉编写电工电子实验技术（下册）存储器、可编程器件、数字系统实验的讲课课件2006年2月EDA室卢庆莉编写实验二教学计划与要求一、教学目的1、加深对相应理论课程的理解2、掌握常用仪表的使用技术3、学会一定的测量系统设计技术4、学会一定的计算机仿真分析技术5、学会一定的测量结果分析技术6、能够利用实验方法完成具体任务7、培养独立解决问题的能力8、培养实事求是的科学态度和踏实细致的工作作风2006年2月EDA室卢庆莉编写实验二教学计划与要求二、教学要求1、必须作好各次实验的预习2、必须自己动手实验，完成各次必做实验3、必须掌握常用仪表的用法，学会分析和解决问题的方法，能够进行简单电路的设计与调测。4、必须认真总结实验数据，写好实验报告。按时交实验报告。2006年2月EDA室卢庆莉编写三、教学计划（三大内容）1、EDA与可编程器件、数字系统设计2、模拟电路的设计与调测3、综合性实验教学计划大致如下表：（详细计划请参见《电工电子实验二授课计划表》）实验二教学计划与要求2006年2月EDA室卢庆莉编写实验二教学计划与要求四、实验方法1、每次实验电路需进行仿真，再硬件实现。（仿真在预习或实验室开放时进行）2、实验中学会分析问题，排除故障。3、实验前点名，实验后签字。4、未完成的实验可在开放时完成。5、本学期安排一次测验，小测内容：P183（J2）。2006年2月EDA室卢庆莉编写实验二教学计划与要求五、期末考试目的：检查教学效果评定学生成绩促进学生学习方法：开卷、以实现为主试卷：实现50分、设计20分、问答题30分。操作卷与问答试卷分开，分时进行。60分为及格线。2006年2月EDA室卢庆莉编写本门课程的成绩评定方法：总分100，由平时50分、期末考试50分合成，再折算成优秀、良好、中等、及格、不及格五档。平时50分由预习10分、操作25分（平时操作10分、小测15分）、实验报告15分累加而成。该项成绩由任课教师根据记录（在记分册上必须有记录）的学生平时情况，实事求是地给出。2006年2月EDA室卢庆莉编写教材使用方法1、根据实验教学进度，系统自学前几章理论或知识。2、接受实验任务后设计电路时看设计提示和实验提示。3、在各个实验的提示中大都指明与该实验相关的设计和测量方法的例子，也可从书后设计索引和测量方法索引中查找。4、教材中所举的例子均选自实用电路，不但有设计方法同时具有新颖的设计构思，供同学学习前人是如何灵活运用现有条件创造性地解决电路设计问题的。2006年2月EDA室卢庆莉编写教材使用方法使用教材应避免的问题1、部分同学未按要求自学教材中前几章的理论部分，只看实验内容，导致实验知识残缺，未达到教学要求。开卷考试时书上给出的答案都找不到。2、未认真体会教材中设计举例所体现的构思方法和技巧，不了解电子电路设计的工程和技术性特点。这样做的结果是仅仅做出实验，而没有做好实验。每做一次设计和实验水平都提高一步才能认为是做好了实验。3、《实验手册》中较全面地涉及了仪表使用的基本知识点和要求，正确地回答仪表练习中的所有问题是对电类工科学生的最低要求。2006年2月EDA室卢庆莉编写通知《电工电子实验二》授课计划表，《电工电子实验二》上课安排表（各次大课时间、地点、内容）请看电工电子实验中心二楼橱窗告示。2006年2月EDA室卢庆莉编写主要授课内容：二、可编程逻辑器件的应用三、数字系统设计一、存储器的应用2006年2月EDA室卢庆莉编写一、存储器的应用♦存储器的学习要点：半导体存储器概念：存储器是电子计算机及某些数字系统中不可缺少的部分，用来存放二进制代码表示的数据､系统指令､资料及运算程序等。存储器的主要指标：存储容量和工作速度2006年2月EDA室卢庆莉编写存储容量：存储容量是衡量工作能力大小的指标,容量越大,存储的信息越多,工作能力越强。存储容量用存储单元的总数表示。习惯上常用若干个“K”单元表示。例如：210=1024称1K单元，212=4096称4K单元。存储容量为：n字（字位）×m位（位）2006年2月EDA室卢庆莉编写存取速度(工作速度)存取速度用存取周期表示。从存储器开始存取第一个字到能够存取第二个字为止。所需的时间称为存取时间或存取周期。它是衡量存储器存取速度的重要指标。存取周期越短，说明存取速度越高。2006年2月EDA室卢庆莉编写存储器按功能分类：ROM固定ROM:内容由厂家制作。ROM可编程ROM：可一次性编程。PROM可擦除可编程ROM：可多次改写EPROMRAM双极型RAM单极型（MOS）SRAM（静态）DRAM（动态）SAMMOS移位寄存器电荷耦合器件CCD移位寄存器Cache高速缓存E2PROMUVEPROM2006年2月EDA室卢庆莉编写实验中所用器件型号为：28C64B型E2PROM(电可改写的ROM)结构：采用浮栅隧道氧化层MOS管。它有两个栅极：控制栅GC和浮置栅Gf。特点：浮置栅与漏区之间有一个氧化层极薄的隧道区，其厚度仅为10~15um,可产生隧道效应。写入、擦除：利用隧道效应。GCGf隧道区2006年2月EDA室卢庆莉编写存储容量为：8K×8位=213×8位；总共有13根地址线：A0~A12。实验内容：新教材P214T1实验提示：F1=11001100F2=11110000F3=11011011F4=10111001实验中所用器件型号为：28C64B型E2PROM(电可改写的ROM)2006年2月EDA室卢庆莉编写F1=11001100→D0F2=11110000→D1F3=11011011→D2F4=10111001→D3数据D7~D0：0F070A0E0D01040C使用8个存储单元，4根数据线。2006年2月EDA室卢庆莉编写0F070A0C8192个存储单元2006年2月EDA室卢庆莉编写选做实验提示：P214Y1用1个5×7（横向5点纵向7点）点阵LED组成一个简易移动字幕。要求字幕上显示从右向左移动的5个字符“HELLO”，字符不停地移动，每2秒显示一屏。为使显示的字符便于辩认，应在两个词之间留出一个字宽的空格。2006年2月EDA室卢庆莉编写提示1：点阵5×7的介绍（参看实验手册P103）2006年2月EDA室卢庆莉编写提示2：类似动态扫描的设计原理输出相当于位选信号字符与字符之间的间隔时间高位地址低位地址2006年2月EDA室卢庆莉编写显示结果:2006年2月EDA室卢庆莉编写提示3：数据可放到存储器的任意5个空间2006年2月EDA室卢庆莉编写2006年2月EDA室卢庆莉编写2006年2月EDA室卢庆莉编写飞字:2006年2月EDA室卢庆莉编写二、可编程逻辑器件的应用1、按器件规模划分中小规模——GAL、PAL（几百门～上千门）大规模——CPLDFPGA（几千门～几百万门）2、按可编程次数划分一次性可编程器件（反熔丝型PLD)优点：可靠性高，价钱便宜，在成熟产品中应用较多缺点：开发成本高。不能更改逻辑可多次编程器件（GALCPLDFPGA等优点：开发成本低，可以多次编程更改逻辑，可在线编程2006年2月EDA室卢庆莉编写阵列结构单元（GALCPLD）管脚对管脚的延时时间可预测，有利于设计触发器等时序单元少乘积项多，常用来设计控制器，并可以加密。单元结构（FPGA)触发器多，有利于数据处理，不可以加密。管脚对管脚的延时时间不可预测，在设计中需要反复优化才能得到最优的延时特性3、按内部结构特性划分2006年2月EDA室卢庆莉编写可编程器件种类:中小规模可编程器件可编程器件外形图2006年2月EDA室卢庆莉编写可编程器件开发软件:1、逻辑描述方式电路图描述硬件描述语言描述状态机流程图描述2、硬件描述语言分类国际标准硬件描述语言[VHDL(军方）、Verilog（商业）]各公司专用硬件描述语言（ABEL、CUPL等）2006年2月EDA室卢庆莉编写可编程器件的开发流程:输入DesignEntry编程定时分析FittingTimingAnalysis适配功能仿真SimulationSynthesis综合2006年2月EDA室卢庆莉编写可编程器件的下载方式1、下载（编程、配置）定义：下载是指将开发软件生成的反映逻辑关系的数据，通过一定的方法输入到可编程器件中，并使其具有用户要求的逻辑的操作过程，也称编程或数据配置。2、下载方式分类1）用通用（或专用）编程器下载例如：GAL、FPGA主并模式时的EEPROM等可用通用编程器编程。反熔丝型可编程器件必须用器件厂配套的编程器2006年2月EDA室卢庆莉编写通用编程器和下载电缆通用编程器2006年2月EDA室卢庆莉编写可编程器件的下载方式2006年2月EDA室卢庆莉编写接计算机并口用下载电缆下载示意图2、用专用下载电缆下载（JTAG标准口）2006年2月EDA室卢庆莉编写可编程器件的选用：考虑内部电路规模大小（以门为计量单位）考虑速度（最高使用频率）考虑下载方式需要考虑器件延时的确定特性（CPLD与FPGA的区别）开发软件的性能（仿真的准确度、对描述方式的支持、对后续服务的支持）器件生命周期器件提供厂商的发展（市场份额）2006年2月EDA室卢庆莉编写“可编程器件GAL的应用”提示1、实验四十三任务更改说明P215将“7比特延迟”改为“6比特延迟”。将“7比特延迟”作为选做内容。2006年2月EDA室卢庆莉编写“实验四十七GAL的应用”提示2、下载时注意事项1）必须看清器件的型号，正确选择编程软件界面中的厂家和型号。实验器材中有多个厂家的GAL器件，各个厂家的器件逻辑上是兼容的，但是，编程电压和编程方式不同，有的厂家编程电压是25V,有的是12V。同一厂家如果型号不同，编程要求也不同，同一厂家的GAL16V8A与GAL16V8B编程条件就不一样2）编程时器件的位置必须摆放正确注意缺口方向注意器件与编程器插座的连接要求2006年2月EDA室卢庆莉编写通用阵列逻辑GAL一、GAL16V8总体结构20个引脚的器件；8个专用输入端；8个I/O端；1个时钟输入端CLK；1个使能OE。2006年2月EDA室卢庆莉编写2006年2月EDA室卢庆莉编写输出逻辑宏单元（OLMC）2006年2月EDA室卢庆莉编写GAL具有五种工作模式：(a)专用输入模式1EN1CLKNCNCOENCNC来自邻级输出(m)至另一个邻级CLKOE2006年2月EDA室卢庆莉编写(b)专用组合输出模式1EN1CLKNCOENC=11VccXOR(n)NCNCNCCLKOE2006年2月EDA室卢庆莉编写（c）反馈组合输出模式1EN1CLKNCOENC=11XOR(n)NCCLKNCOE来自邻级输出（m）OLMC(n)I/O(n)NC来自与阵列反馈2006年2月EDA室卢庆莉编写（d）时序电路中的组合输出模式1EN1CLKOE=11XOR（n）CLKOE来自邻级输出(m)I/O(n)NC来自与阵列反馈2006年2月EDA室卢庆莉编写(e)寄存器输出模式1EN1CLKOE=11XOR(n)CLKOE来自邻级输出（m）I/O(n)NC来自与阵列反馈OLMC(n)QDQ2006年2月EDA室卢庆莉编写举例：设计一个3BIT延时电路1、建立电路模型采用移位寄存器+数据选择器；2006年2月EDA室卢庆莉编写2、管脚定义2006年2月EDA室卢庆莉编写3、编写程序NAMEM01；（文件名）PARTNO；（部件编号）REVV1.0；（用户设计文件的版本号）DATE01/03/04；（设计日期）DESIGNERLUQINGLI；（设计者姓名）COMPANY；（设计者所在公司名称）ASSEMBLY；（装配标记）LOCATION；（器件位置编号）/*inputpin*/PIN[1,2,3,4]=[CLK,DX,K1,K2];PIN[9,11]=[CLR,OE]/*outputpin*/PIN[19,18,17,16]=[Q1,Q2,Q3,DY];2006年2月EDA室