只读存储器的应用

实验二十一　E²PROM只读存储器的应用

一、实验目的

1．了解E₂PROM只读存储器的基本原理及应用。

2．了解点阵显示字符的原理。

3．了解行选线及列选线产生的原理及方法。

二、实验原理

可编程字符显示，是指显示的字符或图案可以通过编程的方法进行灵活变换。它的主要组成部分是：E²PROM只读存储器、发光二极管点阵显示屏、行选线产生电路、列选线产生电路、地址计数器和时钟脉冲源。其中，E²PROM只读存储器用于存放字符或图案的代码，它是可编程字符显示电路的核心部件，发光二极管点阵显示屏用来显示字符或图案，行选线与列选线产生电路分别为显示屏的行与列提供地址线，地址计数器为E²PROM提供地址线，它的计数脉冲由时钟脉冲源提供。

电路的工作原理是：时钟脉冲输入时，地址计数器进行计数，E²PROM对应的地址单元中的代码输出，以驱动列选线产生电路。地址计数器同时又为行选线产生电路提供地址线，随着地址计数器计数值的变化，发光二极管显示屏逐行扫描，显示屏上显示出字符或图案。

1．E²PROM只读存储器

E₂PROM只读存储器的内容可以按用户的需要写入，也可以通过电擦除，再写入新的内容，故称为电可擦除可编程只读存储器。

本实验用的芯片是ATMEL公司的AT28C16，它的引脚功能图见图6－102。其中，I／O₀～I／O₇为数据输入端，A₀～A₁₀是地址端，可寻地址为211＝2 048（2kB）个存储单元。片选信号时，E²PROM被选通；输出允许控制端OE，OE＝0时才有输出数据。

一般说来，显示的字符越多，E²PROM需要的存储容量就越大。当存储容量不够时，除了选用更大容量的芯片以外，还可以将同型号的多片E²PROM芯片并联以扩展存储容量。图6－103是两片E²PROM芯片并联时的连接电路，其存储容量可以扩展到4kB。当控制端C＝0时，输出的数据是28C16（1）的内容；当控制端C＝1时，输出的数据是28C16（2）的内容。

图6－102　引脚功能图

2．发光二极管矩阵显示屏（点阵）

发光二极管8×8矩阵是最基本的矩阵。图6-104所显示的就是8×8矩阵显示屏。它有8根行选线和8根列选线。其中，行选线接发光二极管的正极，列选线接发光二极管的负极。若要使某个发光二极管亮，则将与此管对应的行选线接高电平，列选线接低电平即可。

图6－103　两片E²PROM芯片并联

图6－104　8×8矩阵显示屏

图6－105　列选线产生电路

3．列选线和行选线产生电路

对于8×8的发光二极管矩阵（点阵），有8根行选线和8根列选线，其中的列选线由E²PROM的数据输出端提供，如图6－105所示。

行选线用来对8行发光二极管进行逐行扫描，扫描一行，将此行的发光二极管正极接高电平。因此，要求行选线产生电路依次输出8个“1”的正脉冲，且反复循环，输出的每一个正脉冲都具有驱动发光二极管的能力，如图6－106所示。

图6－106　行选线产生电路

4．地址计数器和时钟脉冲源

地址计数器提供E²PROM需要的地址线。实验中使用的E²PROM AT28C16有11根地址线，那么地址计数器也应该有11个输出端才能满足要求。行选线产生电路需要的3根地址线（A₀～A₂）可以从地址计数器中选出。

由图6－106可以看出，每扫描一行，对应E²PROM的1个地址单元；扫描8行，对应E²PROM的8个地址单元。这也就是说，在8×8矩阵显示屏上显示一个字符占用E²PROM的8个地址单元。所以，可得E²PROM的内存分配规律：低3位地址A₀～A₂产生的地址单元用于存放字符的代码，高8位地址A₃～A₁₀用于控制字符的切换。例如，显示“众友科技”4个字，E²PROM的内存分配如表6－24所示。

表6－24　E²PROM的内存分配表

由上表可以看出，实验中使用的E²PROM AT28C16最多可以存放2⁸＝256个字符。时钟脉冲源的作用是提供地址计数器需要的计数脉冲。低位地址计数器的时钟频率f₁控制行扫描的速度，f₁越高，屏幕上显示的字符就越稳定。高位地址计数器的时钟频率f₂控制字符的切换速度，因此f₂《f₁，但f₂也不能太低，否则，字符的变换速度太慢，影响观看效果。经验表明，屏上要显示一个稳定的字符，f₁应满足f₁≥32 f₀，其中f₀＝50Hz（因为人眼的视觉暂留时间一般是20ms）。

三、实验设备与器材

1．数字逻辑电路实验箱。

2．数字逻辑电路实验箱RAM＆ROM模块。

3．万用表，镊子等实验室常备工具。

四、实验内容

1．手工绘制字符

首先，将要显示的字符描在方格坐标纸上，如显示“E”，在8×8的方格纸上描出的图形如图6－107所示。其中，画“o”处代表与该点对应的发光二极管“亮”，未画“o”处代表与该点对应的发光二极管“灭”。然后，根据发光二极管的“亮”与“灭”的状态，求出写入E²PROM存储单元的十六进制代码。

求代码的方法是：发光二极管“亮”处对应的列线为“0”，即E²PROM对应的数据线为“0”；发光二极管“灭”处对应的列线为“1”，即E²PROM对应的数据线为“1”。按照列线8～1的顺序将第一行的“0”和“1”组成二进制码组。例如我们要显示0这个字符，第一行的代码应该为C3H，第二行的代码为DBH，以下依次为DBH，DBH，DBH，DBH，DBH，C3H。同学们可以由此得到启发，手工绘制显示的字符。

2．参考下面的实验框图及实验步骤，自己连线，完成实验。

3．写出实验报告和做实验的心得体会。

图6－107　显示字符“E”

图6－108　可编程字符显示器框图

五、实验步骤

1．从实验箱右上角取出“RAM＆ROM模块”，将E²PROM进行程序烧录（在实验箱中AT28C16已经烧录了字符，并且循环显示）。

2．将“RAM＆ROM模块”与实验箱上的“线桥接口一”通过40芯数据连接线连接好。

3．对照后面的“八、线桥连接示意图”，按如下描述进行线路连接。

①将“行扫描时钟”接信号源模块的10kHz信号，“字符切换时钟”接信号源模块的1Hz脉冲信号。E²PROM的“片选控制端”和“输出使能端”接低电平。

②将R01至R08分别对应接点阵模块的R01至R08，L01至L08分别对应接点阵模块的L01至L08，“复位”接低电平触发开关。

③按下ROM实验模块POW201和信号源模块电源开关POW1001，观察字符的显示。

④若字符显示3遍完毕后，点阵就不再显示任何字符，即“黑屏”，此时按下复位键，字符又重新显示。

六、实验预习要求

1．预习E²PROM的有关原理，有条件可以到网上查找相关的资料，下载其使用说明，提高阅读英文资料的能力。

2．手工绘制字符，有条件可以使用烧录器烧录芯片或在老师的指导下，手动烧录芯片。

3．仔细阅读实验指导书，找出不懂的地方。

七、实验报告要求

1．绘出详细的实验线路图。

2．设计显示字符的程序。

3．烧录E²PROM，并进行调试。

4．分析、总结实验结果。

八、线桥连接示意图

RAM、ROM模块线桥连接如下所示。