（毕业论文 字数：14207 页数：34）摘 要：本文首先简要的介绍了存储器的发展现状、发展趋势、研究的目的及意义。然后还介绍了I2C总线的通信协议和在总线协议控制下实现EEPROM存储的24C64芯片的读写规则，以及FPGA的优缺点。
本文所研究的是用VHDL语言编程后的可编程逻辑器件作为控制器，通过USB接口，计算机可以把帧结构数据下载到EEPROM中。再把EEPROM中的数据读回计算机进行校验。
在此设计中，采用了以CPLD/FPGA控制逻辑模块为核心电路的实现方式。从而实现了通过计算机将所需程序利用JTAG接口下载到FPGA中和将需要下载的数据利用USB控制卡下载到FPGA中，再通过FPGA内以下载的程序控制将下载的数据存储到EEPROM中。数据存储完毕后，再利用FPGA内部的程序控制将所存储的数据读取出来并利用USB控制卡发送回计算机中进行校验。

关键词：存储器,可编程逻辑器件,数据

目 录
1 绪论 1
1．1 研究的目的及意义 1
1．2 现状分析及发展趋势 2
1．3 系统组成及工作原理 4
1．3．1 系统组成 4
1．3．2 系统工作原理 4
2 系统方案设计及器件选择 4
2．1 系统方案的设计 4
2．1．1 系统的开发流程 4
2．1．2 系统的设计方案 7
2．2 I2C总线通信协议的介绍 7
2．2．1 总体特征 8
2．2．2 I2C总线的通信协议 9
2．2．3 位传输 9
2．3 存储器的选择 11
2．4 可编程逻辑器件的选择 15
3 系统的硬件设计 16
3．1 24C64存储器的设计 16
3．2 FPGA的配置电路设计 17
3．3 去耦电容的设计 18
4 系统的软件设计 19
4．1 Xilinx设计流程 19
4．1．1 设计输入阶段 19
4．1．2 Xilinx的FPGA实现阶段 19
4．1．3 设计完成及下载 20
4．2 模块图 20
4．2．1 24C64存储模块 20
4．2．2 数据缓存模块 26
4．2．3 FPGA内部存储模块 26
4．2．4 高阻态程序模块 27
5 运行结果 28
6 本次设计中遇到的问题和解决方案 28
7 结论 29
附录A 原理图 30
附录B PCB板图 31
参 考 文 献 32
致 谢 33
外文文献原文
译文

1 绪论
1．1 研究的目的及意义
随着电子科学技术的飞速发展,存储器件也不断的更新换代,人们与存储器件的关系也越来越密切。从汞延迟线、磁带、磁鼓、磁心到磁盘、光盘以及纳米存储，每一次的技术的进步都拉近了人与存储器之间的距离。有了存储器,计算机才具有记忆功能,从而实现程序存储,使计算机能够自动高速地进行各种复杂的运算[1][2]。
存储器大致可分为两大类：易失和非易失。
易失存储器在系统关闭时立即失去存储在内的信息；它需要持续的电源供应以维持数据。大部分的随机存储器（RAM）都属于此类。非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。一个非易失存储器（NVM）器件通常也是一个MOS管，拥有一个源极，一个漏极，一个门极另外还有一个浮栅（FLOATING GATE）。它的构造和一般的MOS管略有不同：多了一个浮栅。浮栅被绝缘体隔绝于其他部分。
非易失存储器又可分为两类：浮栅型和电荷阱型。Kahng 和 Sze 在1967年发明了第一个浮栅型器件，在这个器件中，电子通过3nm厚度的氧化硅层隧道效应从浮栅中被转移到substrate中[3]。隧道效应同时被用于对期间的编程和擦除，通常它适用于氧化层厚度小于12nm。 储存在浮栅中的电荷数量可以影响器件的阈值电压,由此区分期间状态的逻辑值1或0。
在浮栅型存储器中，电荷被储存在浮栅中，它们在无电源供应的情况下仍然可以保持。所有的浮栅型存储器都有着类似的原始单元架构。第一个门极被埋在门极氧化层和极间氧化层之间，极间氧化层的作用是隔绝浮栅区，它的组成可以是氧-氮-氧，或者二氧化硅。包围在器件周围的二氧化硅层可以保护器件免受外力影响。第二个门极被称为控制门极，它和外部的电极相连接。浮栅型器件通常用于EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)和EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)[4]。
电可擦除可编程EEPROM在应用系统中既可由软件对其内容进行随机读写，又可在芯片断电的情况下长期保存片内信息，因此兼备了RAM和ROM的基本特点。EEPROM有串行和并行两大类。并行EEPROM存储容量较大，读写方法简单，但价格较高，适用于信息量较多的场合。串行EEPROM结构简单紧凑，价格低廉，但其读写方法复杂，存储单元较小,一般用于掉电情况下需要保存或一些数据需要在线修改的场合，这类数据不多却很重要,若使用常规的RAM芯片，就必须附带一套性能可靠的掉电保护系统，这不仅增加了线路设计的复杂性，同时也给设备的运行和维护带来了诸多不便。使用串行EEPROM来存储这类数据是最合适不过的。尤其随着当今智能化仪表趋于小型化，再加上真正需要保存的以及预设的数据位、控制位、保密位并不占据太多的存储空间，串行EEPROM的体积小，功耗低，硬件接口非常简单，因而越来越受到人们的重视，在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到广泛的应用。
在测量仪器中使用EEPROM保存数据，这是仪器具有校准、标定功能的基本条件EEPROM读写数据安全可靠保证了在测量过程中数据稳定[5]。
但和Flash存储器进行比较,Flash存储器结合了以往EPROM 结构简单、密度高和EEPROM 在系统的电可擦除性的一些优点,实现了高密度、低成本和高可靠性[6]。Flash存储器和传统存储器的最大区别在于它是按块(sector)擦除,按位编程,从而实现了快闪擦除的高速度[7]。
本文所研究的是用VHDL语言编程后的可编程逻辑器件作为控制器，通过编程接口计算机可以把帧结构数据下载到EEPROM中。再可以把写入EEPROM中的数据读回计算机进行校验。
1．2 现状分析及发展趋势
电荷阱型器件是在1967年被发明的，也是第一个被发明的电编程半导体器件。在这类型的存储器中，电荷被储存在分离的氮阱中，由此在无电源供应时保持信息。电荷阱器件的典型应用是在MNOS(Metal Nitride Oxide Silicon)，SNOS(Silicon Nitride Oxide Semiconductor)和SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor)中。
世界上第一个EPROM,是一个浮栅型器件，是通过使用高度参杂的多晶硅（poly-Si）作为浮栅材料而制成的，它被称为浮栅雪崩注入型MOS存储器（FAMOS）。它的门极氧化层厚度为100nm, 由此保护电荷流向substrate。 对存储器的编程是通过对漏极偏压到雪崩极限使得电子在雪崩中从漏极区域被注入到浮栅中。这种存储器的擦除只能通过紫外线照射或X光照射。如今，这种EPROM的封装形式通常是陶瓷带有一个可透光的小窗口，或者是一个塑料封装的没有石英窗的。这些存储器被称为一次性编程存储器（OTP）,这种存储器很便宜，但是在封装后要测试他们是不可能的。带有石英窗口的EPROM价格比较贵，但是由于可被擦除，所以可以在封装后作另外的测试[8] [9]。