可编程逻辑器件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章 可编程逻辑器件,10.1,概述,10.2,编程逻辑器件（,PLD,）简介,10.3,低密度简单可编程逻辑器件,1,10.1,概述,数字逻辑器件按集成度分为,SSI,、,MSI,、,LSI,及,VLSI,；从逻辑功能来分可分为,通用型逻辑器件,、,用户定制型逻辑器件,和,用户可编程逻辑器件,。,1,通用型逻辑器件,中、小规模数字集成器件都属于通用型逻辑器件，其功能单一，而且是由生产厂家制造时定制的，用户只能拿来使用而不能改变其内部功能,如各种门电路、触发器、计数器、译码器、,MUX,、加法器等。这些器件在任何数字系统中都可使用，所以称为通用器件。采用通用器件虽然可以组成一个复杂的数字系统，但需要大量的芯片及芯片的连线，具有体积大、功耗,2,大、可靠性差和成本高等缺点，所以现在已很少用通用器件组成一个复杂的数字系统。如今通用逻辑器件主要用于小型实用控制电路、单片机的接口电路和教学实验中。,2,用户定制型逻辑器件：,是由用户提出设计要求，由生产厂家按用户要求设计生产的,LSI,器件。它是为某种专门用途而设计生产的集成电路，所以一般也称为专用集成电路,ASIC(Application Specific Integrated Circuit),。这种芯片具有设计周期长、设计费用高、通用性低和销量小等缺点。所以，适合于专用、大批量和定型的产品。,3,3,用户可编程逻辑器件,由于通用型逻辑器件和用户定制型逻辑器件的使用范围有限，,20,世纪,70,年代以后陆续推出了用户在现场通过编程来改变其芯片功能的现场可编程逻辑器件（,FPLD,）。现场可编程逻辑器件是工厂专门生产的一种半成品芯片，在这些芯片中，将一些常用硬件资源，如逻辑门、触发器或各种单元逻辑电路排列成阵列形式，设计者可将所设计的电路通过计算机和开发工具软件生成芯片的阵列连接的信息文件，并将这些信息文件通过编程器编程到芯片上，实现了由用户将一个数字系统集成在,PLD,芯片上，形成了用户专用的芯片。从这个意义上讲，用户可编程逻辑器件也是一种专用集成电路，不过,4,现在人们常常用,PLD,泛指,ASIC,。所以，在以下所讨论的用户可编程逻辑器件即为可编程逻辑器件,PLD,，或简称为编程逻辑器件。,利用编程逻辑器件（,PLD,）设计制作数字系统，由于采用了,VLSI,半成品芯片，适合采用高集成度编程技术，由用户开发设计便可研制出其各项性能指标可达到优化的程度的芯片。所以，,PLD,既具有通用型器件批量大、成本低，又具有用户定制型逻辑器件构成系统体积小、低功耗、可靠性高等特点，是实现数字系统的理想器件。,5,10.2,编程逻辑器件（,PLD,）简介,可编程逻辑器件,PLD,(,P,rogrammable,L,ogic,D,evice,是,80,年代发展起来的有划时代意义的新型逻辑器件,它是一种由,用户编程,以完成某种逻辑功能的器件。不同种类的,PLD,大多具有,与、或两级结构,，且具有现场可编程或在系统可编程的特点。,6,10.2.1 PLD,电路的表示法,硬连接 编程连接 断开,PLD,的三种连线形式,（,1,）,PLD,连线方式,7,(2) PLD,输入与输出电路,1,输入缓冲器,A,A,A,2,三态缓冲输出器,EN,A,B,C,O,I,当,EN=1,：,O=A,当,EN=0,：,B=I,=I,C,8,A,B,F,=,AB,A B C,2 .PLD,或门表示法,F,A,C,F,=,A,+,C,A B C,F,C,(3) PLD,逻辑门表示法,1,.,PLD,与门表示法,9,例,1,试写出如图所示电路输出端,F,的逻辑表达式。,A,B,F,1,2,3,4,A,A,B,B,A,B,+,A,B,A,B,A,B,0,0,10,例,2,在如图所示电路中，试写出当,EN,=0,和,EN,=1,时，输出端,F,1,和,F,2,的逻辑表达式。,A,B,F,2,EN,F,1,G,1,G,2,= 0,F,1,F,1,B,F,1,+,B,F,1,A,B,B,A,B,F,1,11,例,2,在如图所示电路中，试写出当,EN,=0,和,EN,=1,时，输出端,F,1,和,F,2,的逻辑表达式。,A,B,F,2,EN,F,1,G,1,G,2,A,A,B,B,= 1,A,F,2,A,F,2,+,A,F,2,F,2,F,2,12,10.2.2 PLD,的编程工艺,1.,熔丝编程工艺,2. UVCMOS,编程工艺,3. E,2,CMOS,编程工艺,现场可编程，编程在编程器进行。,ISP,在系统编程器件，直接在系统线路板上进行。,13,10.3,低密度简单可编程逻辑器件,1. PLD,的基本结构框图,输入,电路,与,阵,列,或,阵,列,输出,电路,输,入,输,出,输入项,乘积项,或 项,14,2.PLD,分类,(1),可编程只读存储器,(PROM),电路,O,2,I,2,m,0,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,m,6,m,7,I,1,I,0, , , , , , , , ,O,1,O,0,15,实现函数,:,应对或阵列进行编程，如图所示。,O,2,I,2,I,1,I,0, , ,O,1,O,0,m,0,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,m,6,m,7,16,(2),可编程逻辑阵列,PLA(Programmable Logic Array),电路,I,2,I,1,I,0,O,0,O,1,O,2,PLA,的阵列结构,17,例如，实现函数：,。 化简后为 ，其编程后的逻辑图如图所示。,I,2,I,1,I,0,O,0,O,1,O,2,18,(3),可编程阵列逻辑,PAL(Programmable Array Logic),电路,PAL,的阵列结构,I,2,I,1,I,0,O,0,O,1,O,2,19,同样用,PAL,电路实现 ， ，,化简后得：,编程后的逻辑图如图所示。,I,2,I,1,I,0,O,0,O,1,O,2,GAL,20,练习,10.1,10.2,21,