第08章 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,*,*,*,数字电子技术基础,（第四版）教学课件,第八章 可编程逻辑器件,第八章 可编程逻辑器件（,PLD, Programmable Logic Device,）,8.1,概述,一、,PLD,的基本特点：,1.,数字集成电路从功能上有分为 通用型,(74),、专用型两大类,2. PLD,的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的,数字,系统,可编程逻辑器件的结构与原理,数据输出,Y,基本,PLD,器件的原理结构图,可编程逻辑器件的发展历程,20,世纪,70,年代,PROM,，,FPLA,器件,20,世纪,70,年代末,PAL,器件,20,世纪,80,年代初,GAL,器件,20,世纪,80,年代中期,FPGA,器件,20,世纪,90,年代后至本世纪初,PLD,器件、,ISP-PLD,分类,PROM,是最早的,PLD,PAL,可编程逻辑阵列,FPLA,现场可编程阵列逻辑,GAL,通用阵列逻辑,EPLD,可擦除的可编程逻辑器件,FPGA,现场可编程门阵列,ISP-PLD,在系统可编程的,PLD,可编程逻辑器件的分类,按集成度,(PLD),分类,1,、按集成度分类,芯片集成度较低器件,芯片集成度较高器件,可编程逻辑器件的分类,2,、按编程工艺分类,熔丝,(Fuse),型器件。,反熔丝,(,Antifuse,),型器件。,EPROM,型器件。,EEPROM,型器件。,SRAM,型器件。,Flash,型器件。,LSI,中用的逻辑图符号,简单,PLD,结构,1,电路符号表示,A,A,A,A,A,A,A B C D,F=ABD,PLD,的互补缓冲器,PLD,的互补输入,PLD,中与阵列表示,简单,PLD,结构,1,电路符号表示,PLD,中或阵列的表示,PLD,中连接的表示,未连接,A B C D,F=A+C,固定连接,可编程连接,PROM,PROM,表达的,PLD,阵列图,PROM,函数,F,的逻辑结构图和,PLD,结构图,图中给出了函数,F,的逻辑图，假设与阵列和或阵列都是可编程的，试画出相应的,PLD,结构图。,解：,A,B,F,A B,F,(a),逻辑结构图,(b) PLD,结构图,8.2 FPLA,组合电路和时序电路结构的通用形式,A,0,An-1,W0,W(2,n,-1),D0,Dm,8.2 FPLA,组合电路和时序电路结构的通用形式,FPLA,图,4-54 PLA,部分逻辑阵列示意图,8.3 PAL,（,Programmable Array Logic,）,一、基本结构形式,可编程“与”阵列,+,固定“或”阵列,+,输出电路,最简单的形式为：,二、编程单元,出厂时，,所有的交叉点均有熔丝,PAL,PAL,结构,PAL,的常用表示,三、,PAL,的输出电路结构和反馈形式,1,、专用输出结构,用途：产生组合逻辑电路,2.,可编程输入,/,出结构,用途：组合逻辑电路，,有三态控制可实现总线连接,可将输出作输入用,3.,寄存器输出结构,用途：产生时序逻辑电路,4.,异或输出结构,时序逻辑电路,还可便于对“与,-,或”输出求反,5.,运算反馈结构,时序逻辑电路,可产生,A,、,B,的十六种算术、逻辑运算,8.4 GAL,（,Generic Array Logic,）,一、电路结构形式,可编程“与”阵列,+,固定“或”阵列,+,可编程输出电路,OLMC,二、编程单元,采用,E,2,CMOS,可改写,GAL16V8,三、,OLMC,数据选择器,8.5 EPLD,一、结构特点,相当于,“与,-,或”阵列（,PAL,）,+ OLMC,二、采用,EPROM,工艺,集成度提高,8.6 FPGA,（,Field Programmable Gate Array,）,一、基本结构,1. IOB,2. CLB,3.,互连资源,4. SRAM,1. IOB,可以设置为输入,/,出；,输入时可设置为：同步（经触发器）,异步（不经触发器）,2. CLB,本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路,将许多,CLB,组合起来，可形成大系统,3.,互连资源,4. SRAM,分布式每一位触发器控制一个编程点,二、编程数据的装载,数据可先放在,EPROM,或,PC,机中,通电后，自行启动,FPGA,内部的一个时序控制逻辑电路，将在,EPROM,中存放的数据读入,FPGA,的,SRAM,中,“装载”结束后，进入编程设定的工作状态,！每次停电后，,SRAM,中数据消失,下次工作仍需重新装载,8.7 PLD,的编程,以上各种,PLD,均需离线进行编程操作，使用开发系统,一、开发系统,硬件：计算机,+,编程器,软件：开发环境（软件平台）,VHDL,Verilog,真值表，方程式，电路逻辑图（,Schematic,）,状态转换图（,FSM,）,二、步骤,抽象（系统设计采用,Top-Down,的设计方法）,选定,PLD,选定开发系统,编写源程序（或输入文件）,调试，运行仿真，产生下载文件,下载,测试,8.8,在系统可编程逻辑器件（,In-System PLD,）,一、主要特点,*采用,E,2,CMOS,工艺,*将写入,/,擦除控制电路及读,/,写脉冲发生电路集成于,PLD,内,*擦、写也只需外加正常工作电压（内有升压电路）,*可以不从系统板上拔下，“在系统”进行编程,二、低密度,ISP-PLD,在,GAL16V8,基础上，加入擦,/,写控制电路形成的,ispGAL16z8,*,功能相同,三、高密度,ISPLD,结构：多采取,CPLD,结构,ispLSI1032,ispLSI1032,的逻辑功能划分框图,GLB,IOC,四、在系统编程通用数字开关,ispGDS22,的结构框图,isp,器件的编程接口（,Lattice,）,开发,环境,使用,ispPLD,的优点：,*不再需要专用编程器,*为硬件的软件化提供可能,*为实现硬件的远程构建提供可能,