数电研讨报告.docx
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数电研讨报告
数电研讨报告
学院:
电子信息工程学院
专业:
轨道交通信号与控制
班级:
自动化1302
姓名:
陈斌13212033
刘佳丽13212153
孙宇杰13212155
目录
1.1简述存储器技术发展趋势
2.1EEPROM芯片的特性、引脚及操作方式
2.2Flash芯片的特性、引脚及操作方式
3.1EEPROM芯片的产生与发展
3.2Flash芯片的产生与发展
4.1Flash与EEPROM的区别
5.1参考文献
1.1存储器技术发展趋势
存储器技术是一种不断进步的技术,随着各种专门应用不断提出新的要求,新的存储器技术也层出不穷,每一种新技术的出现都会使某种现存的技术走进历史,因为开发新技术的初衷就是为了弥补某种特定存储器产品的不足之处。
例如,闪存技术脱胎于EEPROM,它的一个主要用途就是为了取代用于PC机BIOS的EEPROM芯片,以便方便地对这种计算机中最基本的代码进行更新。
尽管目前非挥发性存储器中最先进就是闪存,但技术并未就此停步。
生产商们正在开发多种新技术,以便使闪存也拥有像DRAM和SDRAM那样的高速、低价、寿命长等特点。
总之,存储器技术将会继续发展,以满足不同的应用需求。
2.1EEPROM芯片
常见的EEPROM芯片有Intel公司生产的高雅编程芯片2816、2817与低压编程芯片2816A、2817A、2864A及1Mb的28010和4Mb的28040等。
这些芯片的读出时间为120~250ns,字节擦写时间在10ms左右。
下面以2817A为例,介绍EEPROM芯片的特性、引脚及操作方式。
1.特性:
Intel2817A的容量为2Kb,单一+5V电源供电,最大工作电流为150mA,维持电流为55mA,最大读出时间为250ns。
由于其片内设有编程所需的高压脉冲产生电路,因而不需要外加编程电压和编程脉冲即可工作。
2.引脚:
2817A引脚分布如图所示。
2817A具有28个引脚,定义如下。
A0~A10:
地址线。
D0~D7:
数据线。
OE:
读允许信号,低电平有效,输入。
WE:
写允许信号,低电平有效,输入。
CE:
片选信号,低电平有效,输入。
RDY/BUSY:
忙闲状态指示,输出。
3.操作方式:
如图所示
引脚
方式
CE
OE
WE
RDY/BUSY
D0~D7
读出
0
0
1
高阻
数据输出
保持
1
X
X
高阻
高阻
编程
0
1
0
0
数据输入
从2817A的操作方式可以看出,对2817A的读出和编程操作与RAM的读/写操作类似。
不同点在于:
2817A在每个字节编程写入之前自动擦除该单元的内容,即编程写入和擦除是同时进行的,因此所需时间长一些,读出时间为ns级,而写入时间为ms级。
2.2Flash芯片
Flash与EEPROM类似,也是一种电擦写型ROM,既可以在不加电的情况下长期保存信息,也可以联机在线快速擦除重写。
它与EEPROM的主要不同之处是按“块”擦写,存取速度快,一般在65~170ns之间。
1.Flash的存储结构
Flash有整体擦除,自举块和快擦写文件三种存储结构。
(1)整体擦除结构是将整个存储阵列组成一个单一的块,在进行擦除操作时,将清除所有存储单元的内容。
(2)自举块结构是将整个存储器划分为几个大小不同的块,其中一部分作自举块和参数块,用来存储系统自举代码和参数表;其余部分为主块,用来存储应用程序和数据。
在系统内编程时,每个块都可以进行独立的擦写,其特点是存储密度高、速度快,主要应用于嵌入式微处理器中。
(3)快擦写文件结构是将整个存储器划分成大小相等的若干块,也是以块为单位进行擦写,它与自举块结构的闪存相比,存储密度更高,可用于存储大量信息,如闪存盘。
早期的闪存多采用整体擦除结构,而现在的闪存采用自举块或快擦写文件结构,以块为单位进行擦写,增加了读写灵活性,提高了读写速度。
2.Flash芯片
市场上的Flash产品种类很多,如美国公司ATMEL生产的29系列芯片有AT29C256(256KB)、AT29C512(512KB)、AT29C010A(1MB)、AT29C020A(2MB)、AT29C040A(4MB)、AT29C080A(8MB)等。
下面以AT29C010A为例,介绍闪存的特性、结构及工作方式。
1.特性
AT29C010A是一种并行、高性能、+5V的在线擦写、单一+5V电源供电的闪存芯片,片内有1MB的存储空间,分成1024个分区,每个分区为128个字节,以分区为单位进行编程。
AT29C010A的快速读取时间为70ns,快速的分区编程周期为10ms,低功耗消耗为50mA有效电流,0.1mACMOS维持电流。
2.结构
AT29C010A的内部结构图如图,片内有2个8Kb的可锁定的自举模块,用来存储系统的自举代码和参数表,主块用来存放应用程序和数据,地址和数据信号都具有锁存功能。
AT29C010A的引脚信号定义如图,各引脚信号功能如下。
A0~A16:
地址线,可寻址1MB的存储空间,由高位地址线A7~A16提供1024个分区的地址,由低位地址线A0~A6提供每个分区内128个字节单元的地址。
D0~D7:
数据线。
OE:
读允许信号,低电平有效,输入。
WE:
写允许信号,低电平有效,输入。
CE:
片选信号,低电平有效,输入。
VPP:
+5V编程电压。
VCC:
+5V工作电压。
VSS:
信号地。
3.操作方式
AT29C010A的操作方式与EEPROM相同,是按字节读出。
但在写入时与EEPROM不同,是按分区编程,每个分区的容量为128个字节,如果某一分区的一个数据需要改写,那么这一分区中的所有数据必须重新装入。
读出:
当CE和OE为低电平、WE为高电平时,所寻址的存储单元中的数据由D0~D7引脚输出;若CE和OE为高电平,则D0~D7为高阻态。
编程:
数据的写入是通过WE和CE为低电平、OE为高电平实现的,并通过WE的上跳沿将写入的数据锁存。
编程周期开始,AT29C010A会自动擦除分区的内容,然后对锁存的数据在定时器的作用下进行编程,一旦编程周期结束,就可以开始一个新的读或编程操作。
3.1EEPROM的产生与发展
1.产生背景:
在微机的发展初期,BIOS都存放在ROM(ReadOnlyMemory,只读存储器)中。
ROM内部的资料是在ROM的制造工序中,在工厂里用特殊的方法被烧录进去的,其中的内容只能读不能改,一旦烧录进去,用户只能验证写入的资料是否正确,不能再作任何修改。
如果发现资料有任何错误,则只有舍弃不用,重新订做一份。
ROM是在生产线上生产的,由于成本高,一般只用在大批量应用的场合。
由于ROM制造和升级的不便,后来人们发明了PROM(ProgrammableROM,可编程ROM)。
最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料,用户可以用专用的编程器将自己的资料写入,但是这种机会只有一次,一旦写入后也无法修改,若是出了错误,已写入的芯片只能报废。
PROM的特性和ROM相同,但是其成本比ROM高,而且写入资料的速度比ROM的量产速度要慢,一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。
EPROM(ErasableProgrammableROM,可擦除可编程ROM)芯片可重复擦除和写入,解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。
EPROM芯片有一个很明显的特征,在其正面的陶瓷封装上,开有一个玻璃窗口,透过该窗口,可以看到其内部的集成电路,紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据,完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。
EPROM内资料的写入要用专用的编程器,并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压(VPP=12~24V,随不同的芯片型号而定)。
EPROM的型号是以27开头的,如27C020(8*256K)是一片2MBits容量的EPROM芯片。
EPROM芯片在写入资料后,还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住,以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。
2.发展
EEPROM(带电可擦写可编程只读存储器)是用户可更改的只读存储器(ROM),其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程(重写)。
不像EPROM芯片,EEPROM不需从计算机中取出即可修改。
在一个EEPROM中,当计算机在使用的时候可频繁地反复编程,因此EEPROM的寿命是一个很重要的设计考虑参数。
EEPROM是一种特殊形式的闪存,其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
EEPROM,一般用于即插即用(Plug&Play)。
常用在接口卡中,用来存放硬件设置数据。
也常用在防止软件非法拷贝的"硬件锁"上面。
3.2Flash的产生与发展
1.产生
闪存技术脱胎于EEPROM,它的一个主要用途就是为了取代用于PC机BIOS的EEPROM芯片,以便方便地对这种计算机中最基本的代码进行更新。
Flash的操作特性完全符合EEPROM的定义,属EEPROM无疑,首款Flash推出时其数据手册上也清楚地标明是EEPROM,现在的多数手册也是这么标明的,二者的关系是“白马”和“马”。
2.发展
闪存的应用越来越广泛。
随着闪存在通信领域、消费领域、计算机领域的普遍应用,未来闪存必将成为发展最快、最有市场潜力的存储器芯片产品。
在电信领域,新型多功能移动电话需要更大的存储容量,以存储更大的程序和更多的数据。
在移动电话中闪存还有一个更大的应用一可拆卸式闪存卡。
下一代以信息为中心的手机将对闪存卡有很大的需求,手机使用者可用闪存卡来储存欲在无线网络中传送的影像,或作档案备份或其它用途。
目前有多家手机制造商宣布计划在未来的手机上采用闪存卡。
在消费领域,闪存主要应用在PDA、数码相机、数码摄像机、MP3等数字电子产品,在这些产品中的应用,更多的是以FDD、ComPaetFlash、SmartMediaClik、Microdrive与Memo职Stiek等闪存卡形式。
随着经济的发展及科技的进步,消费者对数码相机、数码摄象机的认同感越来越强,己掀起了一股数字消费潮流,数字消费电子产品对闪存的需求潜力很大。
在计算机领域,闪存最早的应用是在BIOS中取代PROM和EPROM以适应消费者对计算机的升级需求。
另外基于USB的移动闪存以其大容量易携带速度快等优势受到越来越多的消费者的青睐,可以预期移动闪存市场将会出现爆炸式的增长,对闪存的市场需求前景非常光明。
4.1Flash与EEPROM的区别
Flash和EEPROM的最大区别是FLASH按扇区操作,EEPROM则按字节操作,二者寻址方法不同,存储单元的结构也不同,FLASH的电路结构较简单,同样容量占芯片面积较小,成本自然比EEPROM低,因而适合用作程序存储器,EEPROM则更多的用作非易失的数据存储器。
当然用FLASH做数据存储器也行,但操作比EEPROM麻烦的多,所以更“人性化”的MCU设计会集成FLASH和EEPROM两种非易失性存储器,而廉价型设计往往只有FLASH,早期可电擦写型MCU则都是EEPRM结构,现在已基本上停产了。
在芯片的内电路中,FLASH和EEPROM不仅电路不同,地址空间也不同,操作方法和指令自然也不同,不论冯诺伊曼结构还是哈佛结构都是这样。
技术上,程序存储器和非易失数据存储器都可以只用FALSH结构或EEPROM结构,甚至可以用“变通”的技术手段在程序存储区模拟“数据存储区”,但就算如此,概念上二者依然不同,这是基本常识问题。
Flash的操作特性完全符合EEPROM的定义,属EEPROM无疑,首款Flash推出时其数据手册上也清楚的标明是EEPROM,现在的多数Flash手册上也是这么标明的,二者的关系是“白马”和“马”。
至于为什么业界要区分二者,主要的原因是FlashEEPROM的操作方法和传统EEPROM截然不同,次要的原因是为了语言的简练,非正式文件和口语中FlashEEPROM就简称为Flash,这里要强调的是白马的“白”属性而非其“马”属性以区别Flash和传统EEPROM。
5.1参考文献
张凡——微机原理与接口技术(第二版)——清华大学出版社、北京交通大学出版社
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