存储器电路设计的论文

摘要：存储器是模型计算机设计的重要组成部分。该文对单总线和多总线的设计思路做了详细分析，并且设计了相关的外围电路。通过多次实验，实现了多总线存储器的设计，达到了预期的效果。关键词：存储器；总线；总线结构；电路设计计算机组成原理是计算机专业的核心课程之一。今天小编为大家精心挑选了关于《存储器电路设计的论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

存储器电路设计的论文 篇1：

推动湖北存储器产业高质量发展的若干思考

摘 要：集成电路是现代工业的粮食，发展存储器是后发国家在集成电路产业发展方面赶超发达国家的有效途径，也是湖北转型升级的重要抓手。当前，存储器产业面临“四个并存”的机遇和挑战，借鉴先发国家的发展经验，湖北应进一步以龙头企业为核心，重点支持长江存储和武汉新芯做大做强做优;以源头创新为支撑，通过重大主题专项牵引加速关键技术专利布局;以产业协同为联动，通过制造环节优势加强产业链上下游对接;以产业集群为推进，构建特色鲜明的“光电联动”“芯屏端网”产业生态体系。

关键词：存储器产业;高质量发展;产业突围

中圖分类号：F260        文献标志码：A     

集成电路是现代工业的粮食，是解决国家关键技术“卡脖子”的重点领域。存储器是应用面最广、市场占有率最高的集成电路基础性产品。湖北自2000年确定发展集成电路产业以来，经过多年的发展和布局，目前已经形成了涵盖设计、制造、封装测试、终端应用等较为完整的集成电路产业链。2014年，《国家集成电路产业发展推进纲要》明确湖北武汉为国内集成电路产业聚集区;2016年，国家存储器基地落户武汉;2018年，习近平总书记视察武汉时嘱托：“勇攀世界半导体存储科技高峰。”这是重要机遇，更是艰巨任务。克服一切困难突围存储器产业，努力打造世界级的集成电路产业创新中心，形成具有全球影响力、竞争力和控制力的信息技术产业集群，把国家重大战略变为现实，是湖北必须坚决扛起的政治责任，也是理应担当的历史使命。

一、对标世界领先，明确五个“一流”的发展目标

2019年，全球半导体市场总额约为4 183亿美元，从地域分布上，主要集中在美国、韩国、欧洲、日本和中国台湾这五大国家和地区。其中，美国是集成电路技术的发源地，从诞生到现在一直处于世界领先地位，主导着全球半导体产业的发展，硅谷拥有全球最大的集成电路产业集群;韩国是继美日之后的世界集成电路新强国，尤其是在存储器领域，韩国占据了全球市场的多数份额，已经形成垄断局面;欧洲布局相对分散，日本集成电路产业由盛转衰，但在一些关键环节和领域仍具有领先优势;中国台湾地区集成电路制造代工业领跑全球。对标世界一流的集成电路高地，推动存储器产业高质量发展必须在五个要素上走在前列。

1.世界一流的核心技术体系。美、韩、日等集成电路强国通过垄断最基础的前沿工艺、核心器件和关键的装备、系统与架构等方面的技术体系，建立庞大的专利群，并且不断加强知识产权的保护和提高技术标准来实现技术垄断和最终的市场垄断。根据中国半导体行业协会2019年6月发布的《中国集成电路行业知识产权年度报告》，集成电路领域全球专利申请总量的冠军是三星，随后分别是 NEC、高通、日立、富士通、松下、东芝、三菱化学、IBM 和索尼。可以看到，在前十名中有一家韩国企业、两家美国企业和七家日本企业。

2.世界一流的核心龙头企业。集成电路产业高投入、长周期、技术密集的特点导致各细分行业产业壁垒高，基本都形成了跨国企业集团的寡头垄断。2019年，美国英特尔半导体销售额657亿美元，韩国三星半导体销售额522亿美元，数值甚至超过许多国家的集成电路产业产值。核心企业凭借着其在市场份额、尖端技术、产业集群中的核心垄断地位，基本主导着整个产业的发展方向，集成电路产业的成功关键在于骨干企业的成功。

3.世界一流的核心环节优势。集成电路产业链长，包含了设备、材料、设计、制造、封测、应用等多个环节。侧重某一个或几个长项地带，建立绝对优势，是现有集成电路强国的通行做法。比如，美国重点聚焦芯片的核心零部件研发，日本关注的是芯片专用工具和硅晶圆材料，欧洲在高端光刻机领域一骑绝尘，韩国则以存储器和显示器芯片见长。目前，存储器领域DRAM行业基本被三星、海力士、美光三家垄断了90%以上的市场，NAND Flash也被几家巨头垄断了95%。

4.世界一流的商业组织模式。纵观集成电路发展史，集成电路产业的商业模式从最早的系统厂商，到20世纪60年代出现了垂直分工的集成电路制造商（IDM模式），80年代独立的晶圆加工企业（Foundry）和无晶圆设计公司（Fabless）开始盛行，90年代许多IP销售公司开始崭露头角。当前，IDM模式正在重新开始受到重视，苹果、华为等系统公司开始开发自己的芯片产品，全球存储器龙头企业几乎都是IDM厂商。集中力量打造强大的IDM龙头企业，或以资本为纽带的产业链合作形成虚拟IDM正在成为业界的主流模式。

5.世界一流的产业生态体系。集成电路对生态体系依赖度增大，需要软硬件协同发展才有竞争力，否则芯片将成为无水之源。一个芯片生态系统的培育与发展需要时间积淀，也需要此生态链中各方的协同。因此，集成电路对综合科技工业基础和产业生态环境提出很高的要求。

二、认识产业规律，把握四个“并存”的挑战与机遇

集成电路产业是全球竞争的高科技产业，具有资金密集、人才密集、技术密集和产业密集的固有特点。中国作为后发国家融入全球产业链，一定要把握全球微电子产业发展规律及其带来的机遇与挑战。

1.先发国家技术领先与技术演进速度放缓并存。芯片起源于美国，遵循摩尔定律这一经验法则，芯片技术沿着不断缩小芯片特征尺寸和不断扩大晶圆尺寸双向突破，当价格不变时，硅芯片的性能每隔18—24个月便会提升1倍。这种极短的技术周期意味着技术知识和生产能力的不断过时，技术演进表现出极强的“累积性”和“渐进性”，赢家通吃。目前，台积电7nm芯片已量产商用，5nm芯片已经投入试生产，三星和英特尔也紧随其后公布5nm芯片制程路线图。然而随着传统芯片制造工艺接近物理极限，当今摩尔定律推进速度已大幅放缓，技术演进方向更加多元。未来，随着物理、数学、化学、生物学等领域新的发现和技术突破，有可能建立全新形态的信息科学技术及其产业。这就意味着包括中国在内的后发国家获得了一次同发达国家差距不大的技术范式切换机会，从而使跨越式发展成为可能。

2.国际硅周期下行与国内投资热度不减并存。在国际贸易环境不明朗、全球经济预期下滑、集成电路市场面临调整的大背景下，资本市场对集成电路产业的关注度将进一步降低。2020年2月，美国半导体行业协会（SIA）公布2019年全球半导体行业营收为4 121亿美元，与2018年相比大跌12.1%，这是自2001年以来的最大降幅。半导体存储器减速明显，DRAM和NAND Flash价格双双转升为跌，本轮硅周期进入下行阶段。虽然外围环境对我国集成电路制造企业带来一些压力，但是在国家政策的支持下，我国集成电路产业投融资仍有望保持景气。2018 年，国家集成电路产业投资基金（一期）（简称“大基金一期”）募资1 387亿元，带动地方产业基金规模5 000亿元，按照基金实际出资额计算放大比例为1∶5;2019年，大基金二期募资2 000亿元左右，撬动资金有望超过万亿元，为我国集成电路资本市场带来更多的“活水”。

3.产业高度集中与产业链分工日趋专业化并存。集成电路诞生60多年来，美国将芯片置于国家安全的战略高度，凭借着技术上的先发优势，通过《瓦森纳协定》形成技术联盟，对非成员国之外的国家进行技术封锁;通过建立生态体系，始终主导着相关产业的发展方向，基本形成以美国为主导，以日本、韩国、欧洲、中国台湾为主要聚集区的产业格局。但是随着全球化的发展和集成电路产业的成长和扩展，集成电路产业也在世界范围内不断进行着产业的转移，资本、产品乃至于生产工序日益全球化。到目前为止，没有任何一个单一国家拥有完整的半导体产业供应链。半导体产业有高度的专业分工，但在各个子系统却又具有高度集中的特性。以美国为例，尽管美国已是世界上最接近拥有半导体全产业链的国家，但在光刻机领域美国企业依然缺席，主要的 DRAM（动态随机存取存储器）生产工厂也不在美国。企业间的技术合作和交叉授权越来越普遍，这可能意味着企业的技术竞争格局的重大演变：传统格局是在不同技术路径之间的竞争，而现在则是多维度、网络状的技术格局，企业有更多机会获取技术优势。

4.市场份额高度垄断与中国成为最大消费市场并存。芯片产业是技术导向和市场导向十分明显的产业，芯片企业必须有庞大的市场支撑。目前，全球存储器被三星、SK海力士、东芝、美光四家公司垄断，占据了全球92%的存储器市场。中国半导体产业的发展起步较晚，但凭借着巨大的市场容量和生产群体，目前中国已成为全球最大的半导体消费国。根据中国半导体协会统计，2019年中国集成电路产业销售额为7 562.3亿元，占了全球的1/3的份额，相当于美国、欧盟及日本的总和。市场在何处，产业就应该在何处，中国既是全球最大的消费电子产品生产国，又是全球最大的消费电子产品使用国，具备全球最强的消费电子产业配套能力，在触摸屏、面板等多个领域跻身全球领先行列，已形成了全产业链布局优势，有希望成为集成电路产业的研发中心、制造中心、应用中心。当下，中国已经成为第三次半导体产业转移的核心阵地，各跨国集团纷纷在中国布局代工厂和无晶圆企业，中国务必抓住布局这轮产业黄金发展时期的时机。

三、构建“四个圈层”，加速湖北存储器产业突围

湖北武汉是国家存储器基地所在地，拥有一条中西部地区仅有的12英寸晶圆生产线，在制造环节积累了丰富经验;东湖高新区已组建具备国际水平的集成电路工业技术研究院、集成电路IP交易中心、集成电路共享服务平台，搭建产学研链条;拥有自主知识产权，同时又打造了完整的产业链，自主技术可控、时间窗口适宜，是发展的绝佳时机。但目前的短板在于还缺乏可与跨国公司抗衡的公司、技术和环节，因此也无法在复杂的芯片生态链上占有独特的利基，只能依靠庞大的下游市场需求规模和由跨国公司主导的利益链产生协作关系。要实现存储器产业突围，打造世界级产业集群，必须在核心企业、核心技术、核心环节、生态体系上集中力量，重点突破。

1.核心层：打造IDM存储器龙头企业，做大做強产业。在芯片半导体产业链中，居于核心地位的IDM厂至关重要，纵观全球存储器龙头，三星、SK海力士、美光等毫无例外都是IDM厂商。IDM模式的优势在于能够完全掌控一个IC产品产出的全部过程，包括那些专有技术，不易被竞争对手窃取，尤其是采用IDM模式的企业容易成为产业龙头，强力带动地方和国家集成电路产业发展。湖北是国内较早确定集成电路发展方向的省份之一，武汉新芯有超过10年的12英寸先进集成电路技术研发与生产制造经验。2016年，长江存储在武汉新芯的基础上组建，作为国家存储器基地项目的实施主体，是中国目前最大的单体投资项目。2019年9月，搭载长江存储自主创新Xtacking架构的64层TLC 3D NAND闪存正式量产。湖北应以打造国家存储器基地为契机，做大做强长江存储（武汉新芯），保证其在2020年底达成10万片/月总产能，并尽快启动项目二期投资建设，以龙头企业带动整个产业链的发展。

2.支撑层：重大主题专项牵引，深耕核心关键技术研发。摩尔定律推进速度已大幅放缓，技术演进方向沿着延续摩尔、拓展摩尔、超越摩尔、丰富摩尔等多元方向复合发展。湖北要通过国家存储器基地建设，倒逼源头创新，积极争取微电子国家实验室存储分部布局武汉，与北京、上海微电子国家实验室同步建设，发挥创新集群的集聚与辐射效应，支撑存储器芯片产业可持续发展。通过实施集成电路重大主题专项，围绕新材料、新体系结构、软硬件设计三大重点研究领域开展技术攻关，协同发展相互制约的技术方向，加速现有集成电路技术的升级进程，形成高端芯片专利布局。在东湖知识产权示范区基础上，探索建立集成电路专利申请集中审查的绿色通道，形成更好地推动企业发展的知识产权服务机制。在国内外差距相对较小的阻变存储器、相变存储器等新型存储器领域和国家当前急需的DRAM领域，抢占关键技术专利布局，增强产业控制力。

3.联动层：聚焦芯片制造，以制造环节优势辐射产业协同。当前集成电路产业进入“全产业链竞争”时代，提升全产业链协同发展能力是湖北提升集成电路产业整体实力的必然选择。要集中突破高端芯片制造瓶颈，长江存储自主研发了Xtacking堆栈架构，已经可以保证可靠性问题，但一期产能10万片/月存在很大市场风险，面临国际巨头的价格战绞杀压力，只有尽早达到30万片/月，进入存储芯片产能世界第一梯队，才可以参与全球竞争，实现国产芯片的产业突围。若要实现“超越”甚至“垄断”至少需要做到60—100万片/月甚至更多。要加强产业链对接合作，加快集成电路设计业、制造业、封装测试业及终端应用商等多环节协同合作发展，通过芯片制造与设计厂商结盟，探索上下游环节一体化模式，开展联合技术创新和品牌推广，实现产业链上下游良性互动。

4.推进层：以用促产，以产带人，培育产业生态。从芯片行业本身的特点看，芯片的生态链条既涉及芯片内部环节上的上下游厂商，更涉及芯片成品与终端芯片用户，终端用户提供需求拉动，构成生态依赖关系。湖北汽车电子、医疗电子、消费电子（含智能终端）产业发展迅速，必须面向物联网、穿戴式设备、车载电子等热门应用领域，围绕华为武研所、烽火通信、天喻信息等相关领域龙头企业，构建特色鲜明的“光电联动”“芯屏端网”集成电路发展格局。将集成电路产业融入电子信息产业中，以电子信息产业链的软硬件结合为目标，带动集成电路设计、制造、封装等小生态系统的良性互动。应通过转变政府角色、发挥政府职能，协调攻关核心技术、营造良好创新文化和营商环境及创新金融服务体系等途径完善芯片产业生态圈，实现各主体间的开放式协同创新，提升芯片产业技术水平，缩小与国际先进水平之间的差距，实现在全球价值链地位上的高端转移。

参考文献：

[1]  王龙兴.2018年中国集成电路产业融入全球半导体发展的展望[J].集成电路应用，2018，（4）：3-6.

[2]  闵钢.中国集成电路芯片制造业的状况分析[J].集成电路应用，2019，（4）：24-28.

[3]  王一鸣.集成电路芯片产业分工模式的新演进与模块化研发[J].科学管理研究，2019，（3）：65-69.

[4]  任驿佳，吴布衣，袁芳.国内外芯片产业的比较和启示——基于财务视角的数据分析[J].经济研究导刊，2019，（7）：111-112+135.

[5]  张奕.我国集成电路产业升级路径研究——基于全球价值链视角[J].商业经济，2019，（2）：66-68+180.

[责任编辑 文 娇]

作者：魏长仙

存储器电路设计的论文 篇2：

基于模型计算机的单总线多总线结构存储器的比较与设计

摘要：存储器是模型计算机设计的重要组成部分。该文对单总线和多总线的设计思路做了详细分析，并且设计了相关的外围电路。通过多次实验，实现了多总线存储器的设计，达到了预期的效果。

关键词：存储器；总线；总线结构；电路设计

计算机组成原理是计算机专业的核心课程之一。该课程涉及的预备知识较多，需要有数字电路、汇编语言、模拟电路、程序设计等课程的支撑，对学生的综合理解能力要求较高。模型机设计是课程重要的实践环节，学生只有亲自参与到模型机的设计中来，才能从根本上理解计算机的工作原理。

单总线结构采用分时复用的方法实现信息的传输，但是此方法需要在输入地址和数据时对控制信号进行不断的切换，这就增加了学生的理解难度，在实验时经常出现混淆地址、数据的情况。因此，我们对数据通路进行了重新设计，采用多总线结构，实现了数据总线和地址总线的分离。大大降低了学生的理解难度，提高了做实验的效率。

1 存储器的总体设计

存储器的工作过程就是信息的读出和写入的过程，各种数据、地址、控制信息在数据通路上的传送是非常频繁的，所以让这些信息有条不紊的进行传送就显得非常重要。采用总线的方法可以提高数据通路的传送能力和传送的可靠性。下表格为采用单、多总线结构的比较情况，为了便于学生更好的进行实验，我们采用多总线的结构，并以存储体为中心，重新设计外围数据通路。

表1 单、多总线比较图

2 存储器的详细设计

存储器是实现程序的存储控制的主要设备。我们通过存储器实验的设计旨在模拟主存储器与CPU的连接，让学生们切身体会到主存与处理器数据的读写过程，加深对存储器部分的理解。图2和图3为存储器与外部数据通路连接情况。

数据输入部分分为数据输入（包括开关组和三态门），数据缓冲器，显示装置和连接存储体的总线。其中连接存储体的数据通路为双向通路，他既可以写入存储体，又可以从存储器中读出数据，通过对八三态门244引脚的电平触发，保证数据能够正确传送到数据总线上，273在此充当数据缓冲器，通过对8D触发器控制引脚的电平输出，可以将数据总线的数据在显示装置上得以显示。

在地址输入部分中，包含地址信息输入（包括开关组和三态门），程序计数器，地址缓冲寄存器，显示装置，地址寄存器，连接存储体的地址总线。其中，地址寄存器用来保存当前访问的内存单元的地址。

3 多总线存储器实验的读写步骤

为了 存储器能够按照实验要求正确进行读写和保证改进后数据通路的可行性，我们将详细的操作步骤陈列如下：

3.1 写入操作步骤

1）置地址：74ls244三态门 G#置高，在A0-A7上输入地址,6116片选信号CS#置高，W#/R置高。

2）地址上总线及显示：三态门G#置低，地址上总线，然后置计数器161信号控制端CR#为高，LD为低，在CK端置高，使地址总线上的地址到达74ls273,置MAR的CR#为高，在CK端置高，地址指向存储单元，同时观察地址总线上的地址显示灯是否为输入的地址信息。

3）置数据：在数据开关上，置74ls244三态门G#为高，然后在D0-D7上输入所要存储的数据，G#置低，数据进入数据总线。

4）数据显示：在数据缓冲寄存器74ls273上，置CR#为高，给CK端一个上升沿，观看数据等显示是否正确。

5）数据写入：存储体片选信号CS#置低，读写信号W#/R置低，此时数据写入了地址所指示的存储体中的存储单元，写入后为了防止刚写入的数据信息丢失，应该马上置6116的片选信号CS#为高。

6）数据连续写入的方法：给计数器161上的LD信号置高，CK给一个上升沿，则地址自动加1，指向第二个存储单元。然后转步骤3）、4），可以实现数据连续写入存储器的操作。

3.2 读取操作步骤

读取数据的步骤如图5所示。

1）置地址：在地址输入开关上先置三态门74ls244的G#为高，在A0-A7上置地址，G#置低，地址数据上总线。

2) 地址上总线及显示:在计数器74ls161上置LD为低，CK给一个上升沿，地址信息进入地址寄存器74ls273，置MAR的CR#为高，CK给一个上升沿，选中存储器的存储单元，并且观察地址等显示是否正确。

3) 数据读出：地址选中后，关掉数据开关上的三态门，置G#为高，存储体6116上的片选信号CS#为低，读写控制信号W#/R为高，所选存储单元的数据从存储器中读出。

4）数据显示：数据读出后，数据缓冲器上的控制信号CR#置高，给CK一个上升沿，查看数据灯的显示。对比显示数据是否为写入该存储单元的数据，检查结束后，置片选信号CS#为高。

5）数据连续显示：计数器上74ls161上的LD信号置高电平，地址自动加1，给地址寄存器上CK一个上升沿，指向下一个存储单元。转步骤3）和4），实现数据的连续读出。

4 结束语

本文阐述了基于模型机的多总线结构存储器的实验设计方法，重点论述了总线数据通路的设计和具体的实验操作流程。经过我们的改进和学生的实验，达到了对实验改进的目的，取得了预期效果。

参考文献：

[1] 耿恒山.计算机组成原理[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 梁淼.数字电子技术[M],北京:机械工业出版社,2004.

[3] 王晓兰.JZYL-II型计算机组成原理实验平台研制与开发[J].实验室研究与探索,2009,28(9):80-82.

[4] 乔道迹.《计算机组成原理》课程复杂模型机的深度开发[J].装备制造技术,2009,(5):114-117.

收稿日期：2011-07-15

作者简介：安锋（1984- ）男，河北邯郸人，河北工业大学研究生，从事计算机智能控制和嵌入式方面的研究。

作者：安锋,富坤,耿恒山

存储器电路设计的论文 篇3：

基于存储器的三阶JERK混沌电路实验研究

摘 要：提出了一种利用模数、数模转换器、存储器来构造非线性函数电路，只要改变存储器的内容，可以很容易地实现任意非线性函数。把符号函数、三阶梯波函数、五阶梯波函数关系式写入存储器，将其嵌入到由运放、电容、精密可调电阻构成的线性系统中去，成功地实现了基于存储器的三阶JERK混沌电路单方向和多方向网格状混沌吸引子相图并给出了硬件实验结果。

关键词：JERK混沌系统; 非线性电路; 函数映射

Experimental Research on Three-order JERK Chaotic Circuit Based on Memory

XU Wei

(Yancheng Biology Engineering Branch Jiangsu Union Technical Institute, Yancheng Jiangsu, 224005, China)

Key words: JERK system; nonlinear circuit; function mapping

众所周知，在混沌系统设计过程中，关键是如何构造非线性函数。根据混沌系统非线性函数的特性，人们找到并设计了Chua、Chen、JERK等混沌系统^［1-3］电路，然而在构造这些电路的非线性函数基本上利用电容电感分立元件、乘法器和运算放大器特点来构造的，并已被国内外的混沌学者广泛接受^［4］。随着混沌系统非线性函数复杂程度的增加，再通过上述方法来构造非线性函数就显得非常困难了，有些只能得到MATLAB的数值仿真结果，无法实现其硬件电路。鉴于此，本文提出一种基于存储器的非线性电路设计方法，把模拟信号通过模数转换器（A/D）转换为数字信号，对数字信号按照非线性函数的要求进行数字编码存入存储器中，将编码后的数字信号再通过数模转换器转换为需要的非线性函数值，以后只要改变该电路存储器的内容就可以很容易地实现任意非线性函数。这里以三阶JERK混沌系统为例，介绍其电路实现的新方法。

1 非线性电路的构造

1.1 模数转换器

转换器是将模拟信号离散化后得到相应的数字信号，本文选用常用的8位单极性模数转换器ADC0801构造非线性电路的模数转换部分^{［5］211。}

根据三阶JERK混沌电路的数值仿真得知，混沌信号x、 y、 z的幅值是±5 V之间。 而模数转换器ADC0801的输入量只能是正极性输入， 所以必须将反馈的混沌信号通过运算放大器来构成加法电路提升输入信号的幅值，当反馈信号与±5 V参考电压相加时， 得到反馈输入信号范围在0＜x1＜+10 V，保证了正极性输入信号。由于ADC0801最大输入电压是+5 V， 必须再将得到的信号比例压缩1倍， 使得 VIN+输入引脚信号范围在0＜x2＜+5 V之间。 为了使输入信号能够在确定的范围内正常转换， 基准电压输入端VREF/2必须悬空，即基准电压为+5 V。

为了使ADC0801能够独立的工作，CS片选信号、RD读控制信号接地，保证其始终有效。采用内部时钟采样，在CLK_IN和CLK_R引脚之间接一电阻R，再在CLK_IN与地之间接一电容C，产生振荡时钟，一般选取R=10 kΩ，C=15 pF，此时振荡工作的频率为f=11.1 RC。=640 kHz。

输入的模拟信号x经过A/D转换器时，转换的频率与混沌电路模块化设计中积分电路的积分时间常数有关，通常情况下积分电阻为20 kΩ，积分电容为33 nf，故积分时间常数为τ=20×103×33×10-9 s=660×10-6 s， 也就是说频率f1=1.5 kHz。根据奈奎斯特定理^［6］得，为了使信号能够不失真转换，输入信号模数转换频率至少应为

f=2f1=3 kHz以上。换言之，A/D转换器的写入信号时间至少应在T＜13 kHz=0.3 ms以内，利用555定时器产生f=2f1=3 kHz的脉冲送入到WR引脚中去，同时连接到INTR引脚，完成一次模数转换。

在模数转换过程中为了保证参考电压精度，选用7805三端稳压器使其输出为稳定的+5 V电压，连接到加法电路的参考电压端、ADC0801电源电压引脚。

1.2 数模转换器

构造非线性函数电路最终需要的仍然是模拟信号，由于选择的存储器EPROM2764是8位输出，故该电路对应的数模（D/A）转换器^{［5］239输入数字量也应是8位。本文选择常见的8位单极性输出数模转换器DAC0832。}

为了保证D/A转换器连续不断地进行数模转换，CS片选信号始终接地。当IEL引脚接高电平，WR1、WR2、XFER引脚接地，将8位数字量送到DAC0832中的寄存器中并启动数模转换，将得到转换后的模拟电流信号输出，然而混沌电路中需要的是电压量，必须将IOUT1引脚接运放反相输入端，IOUT1引脚接运放同相输入端，运放输出端接（反馈）到RFB引脚，基准电压VREF接+5 V，实现DAC0832输出端电流电压转换，其输出电压的范围在0≤g(x2)＜+5 V之间。而混沌信号的幅值是±5 V之间，所以再将输出电压通过比例电路使原信号放大一倍后送入参考电压为+5 V的减法电路中去，得到最终需要输出电压范围（-5 V＜x＜+5 V）。

1.3 存储器电路

根据8位模数、数模转换器，选择具有13位地址输入线和8位数据输出线的2764EPROM作为本电路的存储器^{［7］61，该存储器具有存储数据稳定，价格便宜等特点。}

电路要求实现的是三阶JERK混沌电路，其非线性部分为阶梯波函数。以五阶梯波函数为例设计存储器的数据，x为混沌反馈输入信号，x2为A/D输入信号，g(x2)为D/A输出信号，F(x)为阶梯波函数值(见图1)。其函数关系式为

x2=x+52

F(x)=2g(x2)-5(1)

（1） 当输入信号-5≤x＜-3时， 送入A/D转换器信号0≤x2＜+1， D/A输出信号为g(x2)=0.5，F(x)=-4。

（2） 当输入信号-3≤x＜-1时，送入A/D转换器信号+1≤x2＜+2，D/A输出信号为g(x2)=1.5，F(x)=-2。

（3） 当输入信号-1≤x＜1时， 送入A/D转换器信号+2≤x2＜+3， D/A输出信号为g(x2)=2.5，F(x)=0。

（4） 当输入信号1≤x＜3时， 送入A/D转换器信号+3≤x2＜+4， D/A输出信号为g(x2)=3.5， F(x)=2。

（5） 当输入信号3≤x＜5时， 送入A/D转换器信号+4≤x2＜+5， D/A输出信号为g(x2)=4.5，F(x)=4。

图1 五阶梯波函数

由于模数转换器ADC0801输入模拟信号的范围x∈［0， 5］， 其最小转换间隔为Δx2=5/28=0.019 531 25，模数转换器的输出为二进制数，作存储器的输入地址。根据式（1），为了能够使电路按照五阶梯波的要求转换,计算出数模转换器DAC0832输出模拟量对应的输入数字量作为存储器数据输出， 其量化间隔为Δg(x2)=5/28=0.019 531 25，2764存储器的五阶梯波数据映射关系如表1所示。

由A/D转换器转换后的数字量作为存储器地址，D/A转换器转换前的数字量作为存储器数据，按照表1将五阶梯波数据映射关系^{［7］61写到EPROM2764中去。由于EPROM2764地址信号有13位，而ADC0801输出的数字量只有8位，所以必须将地址线的高5位接地。烧录到EPROM2764中数据必须是十六进制“.HEX”十六进制文件。考虑到8051单片机程序烧录到存储器中“.HEX” 文件是按字节存放的，故利用单片机KEIL［8］仿真软件从地址单元0000H处开始写数据，0000H~0032H地址单元写数据1AH，0033H~0065H地址单元写数据4DH，0066H~0099H地址单元写数据80H，009AH~00CCH地址单元写数据B3H，00CDH~00FFH地址单元写数据E6H，最后将其程序通过编译后产生需要的五阶梯波“HEX”文件。}

将“HEX”文件烧录到EPROM2764，就可以实现五阶梯波函数电路。以后只要改变存储器中的内容，而不用修改具体电路，就可以很容易、很方便地实现任意非线性函数（见图2）。

图2 非线性函数电路^［9］

2 电路实验

2.1 系统的通用模块化电路设计

根据三阶JERK混沌系统状态方程，采用通用模块化的设计方法^［10］，在反相加法模块、反相积分模块和反相器模块基础上，通过基于存储器的非线性函数构造符号函数和阶梯波函数，再通过一级反相器构成反相的符号函数和阶梯波函数。

如果要实现三阶梯波函数，则只需要修改存储器的内容，将0000H~0065H地址单元写数据4DH，0066H~0099H地址单元写数据80H，009AH~00FF地址单元写数据B3H。同理，要构成符号函数，则将存储器0000H~0080H地址单元写数据66H，0081H~00FFH地址单元写数据9AH。

当存储器电路烧录不同的数据可以构成符号函数、三阶梯波函数、五阶梯波函数等非线性函数，能够实现JERK电路单方向多涡卷混沌吸引子相图及其网格多方向混沌吸引子相图。采用运算放大器构成的反相加法器、反相积分器和反相器模块来实现混沌电路的线性部分，电路中用到的所有运算放大器均为TL082。A/D转换器、D/A转换器、存储器构成混沌电路的非线性部分。线性与非线性部分完整组合可以实现基于存储器的三阶JERK混沌电路（见图3）。

（1） 当g2(y),g3(z)信号接地时，g1(x)=F1(x)时，F1(x)为阶梯波函数可以构成单方JERK混沌吸引子相图；

（2） 当g1(x)=F1(x)，g2(y)=F2(y),g3(z)信号接地时，F1(x)、F2(x)为阶梯波函数可以构成二方向JERK混沌吸引子相图；

（3） 当g1(x)=F1(x)，g2(y)=F2(y),g3(z)=F3(z)时，F1(x)、F2(x)、F3(x)为阶梯波函数可以构成三方向JERK混沌吸引子相图。

图3 三阶JERK系统的混沌电路通用设计

2.2 单方向混沌吸引子电路实验结果

根据不同的非线性函数，向基于存储器的非线性电路中写入不同映射关系式，可以很容易实现单方向多涡卷混沌吸引相图。

（1） 当输入的非线性函数为五阶梯波函数时，根据混沌电路通用模块化设计的方法，调节电阻Rb=7.8 kΩ，也就是令α=0.78，可以构成五涡卷混沌吸引子相图（见图4）。

图4 JERK五涡卷吸引子

（2） 当输入的非线性函数为符号函数时，调节电阻Rb=6.2 kΩ，也就是令α=0.62，可以构成双涡卷混沌吸引子相图（见图5）。

图5 JERK双涡卷吸引子

（3） 当输入的非线性函数为三阶梯波函数时，调节电阻Rb=7.0 kΩ，也就是令α=0.7，可以构成三涡卷混沌吸引子相图（见图6）。

图6 JERK三涡卷吸引子

2.3 多方向网格状混沌吸引子电路实验结果

同样的设计方法，当g1(x)=F1(x)，g2(y)=F2(y),g3(z)信号接地时，调节电阻Rb=7.2 kΩ，也就是令α=0.72。将x方向信号送入到三阶梯波电路F1(x)，y方向信号送入第二个三阶梯波函数电路F2(y)，可以构成二方向3×3涡卷吸引子相图（见图7）。

图7 二方向涡卷混沌吸引子相图

3 结束语

提出了一种基于存储器的非线性函数电路实现三阶JERK混沌电路新方法。利用模数转换后的数字信号作为存储器地址，将非线性函数关系式映射到EPROM存储器中，存储器中数据再通过数模转换器得到所需要的阶梯波函数、符号函数、正弦函数等。这种采用数模结合方法构成的混沌电路，随着非线性函数复杂程度的增加，可以在很大程度上降低非线性电路的设计难度，为实现各种非线性函数电路提供了一种新的思路。通过搭建模块化电路和基于存储器的非线性电路，成功地实现了三阶JERK电路单方向二涡卷、三涡卷、五涡卷的硬件实验结果，同时也给出了多方向网格状混沌吸引子的硬件实验结果。该实验与MATLAB数值仿真^［11］、纯粹的模拟电路构成混沌信号或用数字器件^［12］构成混沌序列结果是一致的。

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(责任编辑：何学华，吴晓红)

作者：徐 伟