可编程逻辑器件PLDProgrammableLogicDevice一课件

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,*,*,4.6,可编程逻辑器件 （,PLD,Programmable Logic Device,）,一、,PLD,的基本特点,1.,数字集成电路从功能上有分为,通用型,、,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,1,4.6 可编程逻辑器件 （PLD,P,可编程逻辑器件,PLD,是一种,通用器件,，但其,逻辑功能,可由,用户通过编程来设定,。,与小规模通用型集成电路相比，用,PLD,实现数字系统，有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。,与大规模专用集成电路相比，用,PLD,实现数字系统，有研制周期短、先期投资少、无风险、修改逻辑设计方便、小批量生产成本低等优势。,PLD,诞生于,70,年代。经历了从,PROM,、,PLA,、,PAL,、,GAL,到,EPLD,、,CPLD,、,FPGA,、,ispD,等高密度,PLD,的发展过程。,二、用,PLD,设计数字系统的特点,2,可编程逻辑器件PLD是一种通用器件，但其逻辑功能可由用户通过,PLD,是实现,电子设计自动化,的硬件基础,基于芯片的设计方法,可编程器件,芯 片 设 计,电路板的设计,电 子 系 统,传统电子系统设计方法,固定功能元件,电路板的设计,电 子 系 统,EDA,是“基于芯片的设计方法”,传统的数字系统设计方法是“固定功能集成块,+,连线”。,三、电子设计自动化,（,EDA,Electronic Design Automation,）,当然，仅有,PLD,还不够，还要有,EDA,开发系统。,3,PLD是实现电子设计自动化的硬件基础 基于芯片的,四、基于,PLD,设计流程,基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤：设计输入、设计,实现、编程。其设计流程如下图。,器 件 编 程,功能仿真,设计输入,原理图,硬件描述语言,设计实现,优化,合并、映射,布局、布线,器件测试,时,序,仿,真,设计实现：,生成下载所需的各种文件。,器件编程：,即“下载”和“配置”，即将编程数据放到具体的可编程,器件中。,4,四、基于PLD设计流程 基于可编程逻辑器件设计分为,五、,PLD,的基本结构,由与门构成的与阵列用来产生乘积项。,由或门构成的或阵列用来产生乘积项之和的逻辑函数。,输入缓冲电路可以产生输入变量的原变量和反变量。,输出结构相对于不同的,PLD,差异很大，有些是组合逻辑输出结构，有些则是时序逻辑输出结构。,5,五、PLD的基本结构 由与门构成的与阵列用来产生乘积项。,六、,PLD,电路中门电路的表示法,6,六、PLD电路中门电路的表示法6,可编程逻辑阵列,PLA,（,Programmable Logic Array,）,七、一种典型,PLD,举例,（更多参看附录一）,Y,0,=,C,D,7,可编程逻辑阵列PLA（Programmable Logi,4.4,组合逻辑电路的竞争,-,冒险现象,一、竞争,冒险现象产生原因,前面分析中：输入信号处于,稳定状态（静态）；,当输入信号处于,跳变状态（动态）,，,且,t,pd,不能忽略时。,在,t,1,t,2,时间内，电路输出端产生了,Y=1,的尖峰脉冲,(,噪声,),；,Y=A A,Y 0,t,pd,t,1,t,2,t,3,t,4,A,Y,A,它不符合静态下,Y=AA,恒为,0,的逻辑关系。,设,静态时，,动态，且,t,pd,0,时,Y=,？,t,pd,A,A,t,pd,&,1,Y,8,4.4 组合逻辑电路的竞争-冒险现象一、竞争冒险现象产,竞争,：,门电路两个输入信号,同时向相反,的逻辑电平跳变的现象。,竞争,-,冒险,：,由于竞争在电路输出端,可能,产生尖峰脉冲的现象。,9,竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象。竞争,*二、检查竞争,冒险现象的方法,1,、化简法（对于简单的逻辑函数）,3,、实验法,用示波器观察电路输出端有无尖峰脉冲。,2,、用计算机辅助分析的手段检查复杂的数字系统,只要逻辑函数在一定的条件下能化成,Y=AA,或,Y=A+A,的形式，则可判定其电路有竞争,冒险的可能。,原则：,检查是否有这样的输出门，当电路的输入信号变化时，它的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变。,10,*二、检查竞争冒险现象的方法1、化简法（对于简单的逻辑函数,例,4.9.1,试判断下图中的两个电路是否存在竞争,-,冒险现象。已知任何瞬间输入变量只可能有一个改变状态。,a,图：,b,图：,当,A=C=0,时,当,B=C=1,时，,解：,则判定两电路有竞争,冒险的可能,有竞争,-,冒险,11,例4.9.1 试判断下图中的两个电路是否存在竞争-冒险现象。,三、消除竞争,冒险现象的方法,1、在电路的输出端接入,滤波电容,。,在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容（一般为几十几百,pF,）；,利用,电容两端的电压不能突变,的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变得比较缓慢，从而消除冒险现象。,12,三、消除竞争冒险现象的方法1、在电路的输出端接入滤波电容。,使电路,静态时工作,，,动态时（即跳变时）封锁,。,2,、在电路的输入端引入,选通脉冲。,&,1,A,Y,P,t1 t2 t3 t4,0,A,A,t,pd,t,pd,13,使电路静态时工作，动态时（即跳变时）封锁。2,3,、修改逻辑设计,增加冗余项。,14,3、修改逻辑设计增加冗余项。14,思考题,P186,R4.6.1,P205,4.32,15,思考题P186 R4.6.115,