数字电子技术答案 第6章 半导体存储器和可编程逻辑器件习题解答

0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
ROM 点阵图如下图所示：
6-7 使用 4 片存储容量为 1024×4 位大小的 RAM 和一个 2-4 译码器 74LS139 设计一个 存储容量为 4096×4 位大小的 RAM。 答： D1 D0
A1 A0 A2 A0 A2 A1 A0 A2 A1 A0 A2 A1 A1 A0 A2 A1 A0 A0
6-3 请用一片 ROM 实现两个 3 位 2 进制数相乘的乘法器。列出 ROM 的数据表，并画 出存储矩阵的点阵图。 答： ROM 数据表为： 地址输入 A5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 A3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 D5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 数据输出 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 D1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 D0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
1 1 1 点阵图为：
1 1 1
1 1 1
1 1 1
0 1 1
1 0 1
1 1 1
0 0 1
0 1 0
0 0 0
1 1 0
1 0 1
6-4 请用 ROM 设计一个组合逻辑电路，实现以下逻辑函数式
Y3 Y2 Y1 Y0
AB A C A BC AB AC BC AB AC BC
0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1
答： 先将上式化为最小项和的形式：
Y3 Y 2 Y1 Y0
m 1 m 3 m 6 m7 m 0 m 2 m 3 m 4 m 5 m 6 m7 m 3 m 4 m 6 m7 m 3 m 5 m 6 m7
ROM 点阵图如下图所示：
6-5 使用 ROM 实现一个译码器，将 4 位 2 进制码转换成余三码。 答： 先列出 ROM 数据表如下： 地址输入 A3 0 0 0 0 0 0 0 A2 0 0 0 0 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 Y3 0 0 0 0 0 1 1 数据输出 Y2 0 1 1 1 1 0 0 Y1 1 0 0 1 1 0 0 Y0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1
1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1
0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1
们化简成最简的与-或式。
表 6.12 题 6-2 数据表 地址/输入 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 D3 0 1 1 0 0 1 0 1 数据/输出 D2 0 1 0 0 0 0 1 1 D1 1 0 0 1 1 0 0 0 D0 1 0 1 0 1 0 1 0
6-10 GAL 和 PAL 之间的主要区别是什么？GAL 和 PAL 相比有什么优越性？ 答： GAL 可以反复编程， PAL 则只能编程一次， 另外， GAL 还增加了 OLMC。 GAL 由于增加了 OLMC，所以功能更加完善，可以实现更加复杂的逻辑电路。 6-11 GAL 器件的 OLMC 有哪几种工作模式？ 答：有专用输入模式、专用组合输出模式、复杂模式、组合输入/输出模式和寄存 器输出模式等五种工作模式。 6-12 与 GAL 相比，CPLD 有哪些不同？ 答：从结构和工作原理上看，CPLD 可以看成是更加复杂的 GAL，它由多个 GAL 器件排列在一起，并相互连接而成，其中每一个逻辑宏单元就是一个 GAL。 6-13 CPLD 的基本结构包含哪些内容？ 答：CPLD 主要由 LAB、I/O 控制块和 PIA 构成。 6-14 ISP 的含义是什么？在 CPLD 中，是怎样实现 ISP 的？ 答：ISP 的意思是系统内可编程功能。CPLD 的编程方式有多种，包括电路内测试 器 (ICT) 编 程 方 式 、 嵌 入 式 处 理 器 编 程 方 式 、 MasterBlaster 下 载 电 缆 编 程 方 式 和 ByteBlasterMV 下载电缆编程方式。编程过程中，CPLD 被焊接在电路板上，程序数据 通过以上编程方式，经过电路板上的编程接口，写进 CPLD 之中。 6-15 FPGA 和 CPLD 有何不同？它的基本结构包含哪些方面？ 答：主要是宏单元内部结构不同。FPGA 的宏单元内部主要是查找表结构，CPLD 则是与或阵列结构。FPGA 主要由 LAB、EAB、IOE 和快迹互联网络构成。 6-16 FPGA 有哪几种配置方式？它们各自的特点是什么？ 答： 对 FLEX10K 系列 FPGA 的配置有两种方式可以选择， 即主动方式和被动方式。 在主动方式下，FPGA 和配置器会相互产生相应的控制和同步信号，当配置双方都准备 好后，配置器开始向 FPGA 传送配置数据。 在被动方式下，配置过程将由一个智能主机(例如为控制器)全权控制。智能主机从 它的存储设备中提供配置数据。 在进行被动配置时， 人们可以在电路系统仍然在工作的 时候，对 FPGA 进行重新配置，改变它的逻辑功能。 FLEX10K 系列 FPGA 的配置方式， 可以通过两个专用管脚 MSEL1 和 MSEL0 上的高 低电平来进行选择，
习 题
6-1 如果要用 ROM 设计一个 5-32 译码器，试计算需要多大的存储容量。设计一个 8-3 优先编码器需要多大容量？ 答：5-32 译码器所需存储容量为 25×32=1024 位；8-3 优先编码器需要存储容量为 28× 3=768 位。 6-2 ROM 中的数据表如表 6.12 所示，若将地址输入 A2、A1、A0 作为 3 个输入逻辑变量， 将数据输出 D3、D2、D1、D0 作为函数输出，请写出输入和输出之间的逻辑函数式，并把它
复习思考题
6-1 ROM 一共分为几种，它们都有哪些特性？ 答：只读存储器(ROM)实际上是一个具有 n 个输入和 m 个输出的组合逻辑电路,分 为掩模 ROM、PROM 和 EPROM 三种。掩模只读存储器是最早出现的只读存储器，在 存储器出厂的时候， 存储器中的数据就已经被固化在它的内部了； 掩模只读存储器之能 够读取数据，而不能写入数据。PROM 的总体结构和掩模 ROM 相同，都是由地址译码 器、存储矩阵和输出电路构成。PROM 和掩模 ROM 不同的地方则在于，它们的存储单 元具有不同的结构；PROM 既可以读也可以写，但是只能写入一次。可擦除的可编程 存储器 (EPROM) 中存储的数据可以被反复擦除和重新编程，所以，它的应用范围比 PROM 更加广泛。 6-2 为什么说 ROM 实际上一种组合逻辑电路？ 答：因为 ROM 中没有时钟信号，地址输入端和数据输出端构成了组合逻辑的一一 对应关系。 6-3 掩模 ROM 和 PROM 有什么区别？ 答：PROM 和掩模 ROM 不同的地方则在于，它们的存储单元具有不同的结构；掩 模只读存储器只能够读取数据，而不能写入数据，PROM 既可以读也可以写，但是只 能写入一次。 6-4 PROM 和 EPROM 的最大区别是什么？ 答：PROM 存储单元和 EPROM 不同。前者主要是熔丝和反熔丝结构，而后者则采 用各种可擦除半导体结构。PROM 只能写一次，而 EPROM 能反复地擦和写。 SRAM 和 DRAM 的区别是什么？在实际中，它们各自有什么用途？ 答：它们的存储单元结构不同。SRAM 不需要刷新，而 DRAM 需要不断地周期性 地刷新。 6-6 当字数不够用，位数也不够用时，应该怎样扩展存储器的存储容量？ 答：可以进行字扩展和位扩展。 可编程逻辑器件主要有哪几种？ 答：有 PAL、GAL、CPLD 和 FPGA 等 6-5
0 1 1 ×
1 0 0 ×
1 0 0 ×
1 0 1 ×
1 1 1 0
0 0 1 0
1 1 0 0
0 1 0 0
ROM 点阵图如下图所示：
6-6 使用 ROM 实现一个译码器，将 4 位 2 进制码转换成 8421BCD 码。 答： 先列出 ROM 数据表如下： 地址输入 A3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 × A2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 × A1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 × A0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 × Y3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 数据输出 Y2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Y1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Y0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
6-7
6-8
PAL 器件和 ROM 的区别是什么？ 答：ROM 只有或阵列都可以编程，而与阵列不能编程；PAL 只有与阵列能编程， 或阵列是固定的。 6-9 怎样用 PAL 实现任意组合逻辑函数？用 PAL 实现任意组合逻辑函数有什么限制？ 答：先将逻辑函数式化简，再按照乘积和的方式在 PAL 中进行编程。并且，逻辑 函数式中变量的数量必须小于 PAL 的输入端数，乘积项的数量必须小于或阵列中的或 门的输入端数。