可编程逻辑器件LD讲义

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,*,第六章 可编程逻辑器件,PLD,可编程逻辑器件PLD概述,可编程逻辑器件PLD的基本单元,可编程只读存储器PROM和可编程逻辑阵列PLA,可编程阵列逻辑PAL和通用阵列逻辑GAL,高密度可编程逻辑器件HDPLD原理及应用,现场可编程门阵列FPGA,随机存取存储器RAM,小结,第一节 可编程逻辑器件PLD概述,PLD是70年代发展起来的新型逻辑器件。,一、PLD的基本结构,与门,阵列,乘积项,PLD,主体,输入,电路,输入信号,互补,输入,输出函数,反馈输入信号,或门,阵列,和项,输出,电路,F,2,=,B+C+D,二、PLD的逻辑符号表示方法,1.输入缓冲器表示方法,A,A,A,2.与门和或门的表示方法,固定连接,编程连接,F,1,=,ABC,下图给出最简单的PROM电路图，右图是左图的简化形式。,实现的函数为：,固定连接点,（与）,编程连接点,（或）,三、PLD的分类,1与阵列固定，或阵列可编程：,可编程只读存储器PROM,可擦除编程只读存储器EPROM,PLD基本结构大致相同，根据与或阵列是否可编程分为三类：,2与阵列，或阵列均可编程：,可编程逻辑阵列PLA,3与阵列可编程，或阵列固定：,可编程阵列逻辑PAL,通用阵列逻辑GAL,高密度可编程逻辑器件HDPLD,A,B,C,B,C,A,0 0 0,0 0 1,0 1 0,1 1 1,连接点编程时，需画一个叉。,全译码,1,与阵列固定，或阵列可编程,2.,与、或全编程,：,代表器件是,PLA,（Programmable Logic Array）。在PLD中，它的灵活性最高。下图给出了PLA的阵列结构。,由于,与或阵列均能编程,的特点，在实现函数时，,所需的是简化后的乘积项之和,，这样阵列规模比PROM小得多。,不像PROM那样与阵列需要全译码。,3.与编程、或固定,：,代表器件,PAL,（Programmable Array Logic）,和,GAL,（Generic Array Logic）,。,在这种结构中，或阵列固定若干个乘积项输出。,每个交叉点都可编程。,F,1,F,1,为两个乘积项之和。,各种PLD的结构特点,第二节 可编程逻辑器件PLD的基本单元,编程单元：,PLD中用来存放数据的基本单元。,非易失性有多种编程单元，其特点是掉电后信息不会丢失，它一般用于只读存储器。,易失性单元：,这种基本单元采用的是静态随机存储器（SRAM）结构，其特点是掉电以后信息就要丢失。以后讲到的现场可编程门阵列（FPGA）采用这种编程单元。,非易失性单元：,编,程,单,元,第,二,二,节,节,可,可,编,编,程,程,逻,逻,辑,辑,器,器,件,件PLD,的,的,基,基,本,本,单,单,元,元,编,程,程,单,单,元,元,：,：PLD,中,中,用,用,来,来,存,存,放,放,数,数,据,据,的,的,基,基,本,本,单,单,元,元,。,。,编,程,方,式,一,次,次,编,编,程,程,：,：,信,息,息,一,一,次,次,编,编,程,程,固,固,定,定,好,好,，,，,编,编,程,程,元,元,件,件,是,是PROM,。,。,多,次,次,编,编,程,程,：,：,用,户,户,根,根,据,据,需,需,要,要,将,将,数,数,据,据,储,储,存,存,在,在,编,编,程,程,单,单,元,元,中,中,，,，,并,并,可,可,以,以,多,多,次,次,写,写,入,入,和,和,擦,擦,除,除,，,，,例,例,如,如,：,：UVEPROM,、,、E,2,PROM,以,以,及,及,闪,闪,速,速,（,（Flash,）,）,存,存,储,储,器,器,等,等,。,。,编,程,程,单,单,元,元,采,采,用,用,的,是,是,浮栅,技,技术,。,用,熔丝,型,型开关,和,反熔,丝,丝型开关,作为,编,编程,单,单元,A,1,A,0,Y,1,Y,2,Y,3,Y,4,十进制,0,0,0,1,1,0,1 1,0 0 0 0,0 0 0 1,0 1 0 0,1 0 0 1,0,1,4,9,一、,熔,熔丝,型,型开,关,关,0,0,0000,4字,4,位,位熔,丝,丝结,构,构的PROM,被选,中,中的,字,字线,为,为高,电,电平,熔丝,均,均,被烧,断,断,A,1,A,0,Y,1,Y,2,Y,3,Y,4,十进制,0,0,0,1,1,0,1 1,0 0 0 0,0 0 0 1,0 1 0 0,1 0 0 1,0,1,4,9,一、,熔,熔丝,型,型开,关,关,1,1,1001,熔丝,均,均,被烧,断,断,4字,4,位,位熔,丝,丝结,构,构的PROM,二、,反,反熔,丝,丝型,开,开关,用高,压,压将PLICE介,质,质击,穿,穿。,击,击穿,后,后呈,低,低电,阻,阻。,三、,浮,浮栅,编,编程,技,技术,用浮,栅,栅编,程,程技,术,术生,产,产的,编,编程,单,单元,是,是一,种,种能,多,多次,改,改写,的,的ROM,。,。,（一,）,）叠,栅,栅型,（,（SIMOS,）,）存,储,储单,元,元,问题,：浮,栅,栅上,的,的电,荷,荷无,放,放电,通,通路,，,，没,法,法泄,漏,漏。,在70,o,环境,中,中，,全,全部,电,电荷,放,放完,需,需100,年,年。,用紫外,线,线照,射,射芯片,上,上的,玻,玻璃,窗,窗，,则,则形,成,成光,电,电电,流,流。,UVEPROM,芯,芯片,上,上开,有,有一,个,个石,英,英玻,璃,璃窗,口,口,（二,）,）隧,道,道型,（,（FLOTOX）,储,储存,单,单元,电可,改,改写,只,只读,存,存储,器,器E,2,PROM,，,，即,电,电擦,除,除、,电,电编,程,程的,只,只读,存,存储,器,器。,（三,）,）闪,速,速型,（,（Flash,）,）存,储,储单,元,元,又称,为,为快擦,快,快写,存,存储,单,单元。,（四,）,）六,管,管静,态,态存,储,储单,元,元,闪速,存,存储,单,单元,的,的可,再,再编,程,程能,力,力约,为,为10万,次,次左,右,右，SRAM,有,有无,限,限制,的,的再,编,编程,能,能力,。,。,第三,节,节,可,可编,程,程只,读,读存,储,储器PROM,和,和可,编,编程,逻,逻辑,阵,阵列PLA,一、,可,可编,程,程只,读,读存,储,储器PROM,PROM,的,的结,构,构是与阵,列,列固,定,定、或阵,列,列可,编,编程的PLD,器,器件,。,。对,于,于有,大,大量,输,输入,信,信号,的,的PROM，,比,比较适合,作,作为,存,存储,器,器来存,放,放数,据,据，,它,它在,计,计算,机,机系,统,统和,数,数据,自,自动,控,控制,等,等方,面,面起,着,着重,要,要的,作,作用,。,。,例1,：,：,下图,是,是一,个,个8,（,（字,线,线）,4,（,（数,据,据）,的,的存,储,储器,数,数据,阵,阵列,图,图。,对于,较,较少,的,的输,入,入信,号,号组,成,成的,与,与阵,列,列固,定,定、,或,或阵,列,列可,编,编程,的,的器,件,件中,，,，也,可,可以,很,很方,便,便地实现,任,任意,组,组合,逻,逻辑,函,函数。,3线-8,线,线译,码,码器,84存,储,储单,元,元矩,阵,阵,输出,缓,缓冲,器,器,数据输出端,地址码输入端,字线,由地,址,址译,码,码器,选,选中,不,不同,的,的字,线,线，,被,被选,中,中字,线,线上,的,的四,位,位数,据,据通,过,过输,出,出缓,冲,冲器,输,输出,。,。,如当,地,地址,码,码,A,2,A,1,A,0,000,时,时，,通,通过,地,地址,译,译码,器,器，,使,使字,线,线,P,0,1,，,，将,字,字线,P,0,上的,存,存储,单,单元,存,存储,的,的数,据,据0000输,出,出，,即,即,D,0,D,3,0000。,0,0,0,1,0000,将左,图,图地,址,址扩,展,展成,n,条地,址,址线,，,，,n,位地,址,址码,可,可寻,址,址2,n,个,信息,单,单元,，,，产,生,生字,线,线为2,n,条，,其,其输,出,出若,是,是,m,位，,则,则存,储,储器,的,的,总容,量,量为2,n,m,位。,EPROM有,各,各种,类,类型,的,的产,品,品，,下,下图,是,是紫,外,外线,擦,擦除,、,、电,可,可编,程,程的EPROM2716器,件,件逻,辑,辑框,图,图和,引,引脚,图,图。,EPROM2716是2,11,8位可,改,改写,存,存储,器,器，,有,有11位,地,地址,线,线,A,0,A,10,，产,生,生字,线,线为2048,条,条，,D,7,D,0,是8,位,位数,据,据输,出,出/,输,输入,线,线，,编,编程,或,或读,操,操作,时,时，,数,数据,由,由此,输,输入,或,或输,出,出。,CS,为片选控制信号，是低电平有效。,OE,/,PGM,为读出/写入控制端，低电平时输出有效，高电平进行编程，写入数据。,下图,是,是将2片2716,扩,扩展,成,成204816,的,的数,据,据的,连,连接,示,示意,图,图。,由此,可,可写,出,出输,出,出逻,辑,辑函,数,数的,最,最小,项,项表,达,达式,为,为：,F,1,m（4,8,9,12,13,14,）,）,F,2,m（0,5,10,15）,F,3,m（1,2,3,6,7,11,）,）,（2,）,）把,A,1,A,0,和,B,1,B,0,作为PROM,的,的输,入,入信,号,号，,F,1,、,F,2,和,F,3,为或,阵,阵列,的,的输,出,出，,下,下图,是,是用PROM,实,实现,比,比较,器,器的,阵,阵列,图,图。,例2,：,：试,用,用适,当,当容,量,量的PROM,实,实现,两,两个,两,两位,二,二进,制,制数,比,比较,的,的比,较,较器,。,。,（3,）,）选,用,用PROM的,容,容量16,3,位,位可,满,满足,要,要求,。,。,可见,，,，以PROM,实,实现,简,简单,的,的组,合,合逻,辑,辑电,路,路函,数,数是,很,很方,便,便的,。,。,4个地址进行全译码，产生16个乘积项。,0,.,.,.,15,3个输出产生3个乘积项之和函数。,实际,上,上，,大,大多,数,数组,合,合逻,辑,辑函,数,数的,最,最小,项,项不,超,超过40,个,个，,使,使得PROM,芯,芯片,的,的面,积,积利,用,用率,不,不高,，,，功,耗,耗增,加,加。,一般PROM,输,输入,地,地址,线,线较,多,多，,容,容量,也,也较,大,大，,又,又因,为,为PROM的,与,与阵,列,列固,定,定，,必,必须,进,进行,全,全译,码,码，,产,产生,全,全部,的,的最,小,小项,。,。,为解,决,决这,一,一问,题,题，,考,考虑,与,与阵,列,列也,设,设计,成,成可,编,编程,形,形式,来,来实,现,现组,合,合逻,辑,辑，,由,由这,一,一设,想,想发,明,明了,可,可编,程,程逻,辑,辑阵,列,列（PLA,）,）。,二、,可,可编,程,程逻,辑,辑阵,列,列PLA,可编程,逻,逻辑阵,列,列PLA和PROM,相,相比之,下,下，有,如,如下特,点,点：,（一）PROM是与,阵,阵列固,定,定、或,阵,阵列可,编,编程，,而,而PLA是与,和,和或阵,列,列全可,编,编程；,（二）PROM与阵,列,列是全,译,译码的,形,形式，,而,而PLA是根,据,据需要,产,产生乘,积,积项，,从,从而减,小,小了阵,列,列的规,模,模；,（三）PROM实现,的,的逻辑,函,函数采,用,用最小,项,项表达,式,式来描,述,