數(shù)字電路技術課程結課報告-數(shù)字電路的發(fā)展與未來

1、數(shù)字電路的發(fā)展與未來隨著電子技術的迅速發(fā)展， 一方面電子儀器設備的功能越來越復雜和先進， 隨之便產生 了對高集成度、高可靠性、低功耗、低成本、體積小重量輕的數(shù)字集成電路的不斷需求，從 而產生了專用的數(shù)字集成電路ASIC(AppliedspcciticIntegrated Circuit) 。 ASIC的出現(xiàn)的確大幅度完善和提高了產品的這些性能， 同時增加了產品的保密性， 提高了產品的競爭能力。 但是通常ASIC的設計要么采用全定制電路設計方法，要么采用半定制電路設計方法并進行 溜片驗證，這勢必產生費用高、風險大、設計麻煩、靈活性受限、周期長等問題，自然降低 產品的生命周期。因此，另一方面，由于

2、微電子技術、VLSI技術和CA技術促進數(shù)字集成電路迅速發(fā)展的同時，使用戶要求 Ic 生產廠家提供各種方便的服務成為可能。集成技術的發(fā)展推動了數(shù)字電路實驗手段的吏新數(shù)字電路實驗的發(fā)展是和計算機技術 與集成技術舯發(fā)展分不開的，電路器件的發(fā)展促進了實驗內容和實驗手段的更新，因此看 必要對電路器件的現(xiàn)狀和發(fā)展進行分析處理器和專用集成電路。隨著通訊和計算機拄術的發(fā)展，大規(guī)模數(shù)字電路實驗、課程設計和畢業(yè)設計的內容 愈來愈復雜，規(guī)模愈來禽大，再用傳統(tǒng)盼實驗手段和方法已無法滿足電路設計的要求，解 決的方法，一是使用微處理器，二是制作專用集成電路。徽處理器是制作在一片集成片上的CPU配以一定的程序(通卷固化于E

3、PII0M中)和一些附屬電路，原則上可以實現(xiàn)任意復雜的邏輯功能。由于不同系統(tǒng)的差別在于程序不同硬件結構變化不大， 程序可以修改。 使用微處理器可以開出各種大型實驗。 其缺點： 一是速度低， 只適應于低速的情況；二是數(shù)字電路實驗教學的發(fā)展趨勢需要外圍輔助電路致使體積較大； 三是無法對程序可靠加密； 四是程序復雜， 編程時間較長。 大規(guī)模專用集成電路 (ASIC) 體積 小，重量輕，功耗低，速度快，可靠性高。由于全定制的專用集成電路是專為某一數(shù)字系統(tǒng) 設計、 生產的集成電路， 只適應于批量極大的成熟產品用作某種特定的用途， 因此它并不能 滿足數(shù)字電路實驗教學多種課題的要求。近年來， 集成技術和半導

4、體工藝有了突破性的發(fā)展。 出現(xiàn)了一系列應用廣泛、 發(fā)展迅猛 的新型集成電路。 現(xiàn)場可編程邏輯器件是工廠專門生產的一種半成品芯片， 使用者可通過計 算機和開發(fā)工具將它 “做” 成完全符合自己特定要求的大規(guī)模專用集成電路， 因而可使數(shù)字 電路實驗使用自行設計的專用集成電路成為現(xiàn)實。XILINX公司的現(xiàn)場可編程門陳列 (EPGA)邏輯器件，LATTICE公司的在系統(tǒng)可編程太規(guī)模集成(ispLSI)和可編程大規(guī)模集成(PLSI)邏 輯器件就是這種新型集成電路的典型代表。例如：1. FPGA器件及其開發(fā)系統(tǒng)是開發(fā)大規(guī)模數(shù)字集成電路的新技術它將半定制的門陣列電路的優(yōu)點和可綻程邏輯器件的用戶可綻程特性兩者結

5、合在一起， 可使設計的電子產品達到 小型化、 集成化并大大提高了可靠性。 它可利用計算機輔助設計， 繪出實現(xiàn)用戶邏輯的原理 圖( 包括電路圖和非電路圖 ) ，通過一系列編譯程序、 自動布局布緩及模擬仿真等過程， 在滿 足用戶設計功能要求及定時關系后，生成二進制文件，裝入EPROM對FPGA器件初始化。FPGA的出現(xiàn)使“身在實驗富，生產集成塊”的夢想成為現(xiàn)實。2. 在系統(tǒng)可編程 (ISP) ，是指在用戶自己設計的目標系統(tǒng)中或線路板上， 為重新構造設計邏輯而對器件進行編程或反復綻程的能力。常規(guī)PLD使用中通常是先編程后裝配而采用ISP技術的PLD,可以先裝配后編程， 做成產品后，還可以反復編程。采

6、用ISP技術之后，硬件設計可以變得象軟件那樣靈活而易于修改， 硬件的功能可以實時地加以更新或按預定的程序改變配置。LAT TICE的ispLSI和PLSI邏輯器件既有低密度 PLD使用方便、性能可靠等優(yōu) 點，又有FPG器件的高密度和靈活性。 在制造工藝上，LATTICE公司生產的PLD采用了 EzCOM 技術，剖造了非易失反復可編程邏輯它與基于SRA M的可編程器件不同，它可在掉電/上電后不需要重新編程， 程序可長期駐留， 所以不需要單獨的存儲器件來存儲邏輯程序并可有 效加密?？删幊踢壿嬈骷膯柺篮桶l(fā)展， 代表了數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展趨勢， 不管是XILINX公司的FPGA還是LATrlCE公司的is

7、pLSI和PLSI邏輯器件，在數(shù)字電路實驗中與 TTL電路、PAL GA及門陣 列相比，都有以下一些優(yōu)點： 高密度。目前ispLSI / PLSI器件的集成度可達1, 000到14, 000門，F(xiàn)PG器件的集成 度高達25, 000門，可代替500個TTL電路和50個PAL器件。(2) 高速度XC3. 100A系列的FPGA!個可配置邏輯塊的延時僅為 lns2ns,可工作在300MH擬上的時鐘頻率.ispLSI / PLSI器件的系統(tǒng)速度可達154MHz(3) 低功耗?？删幊踢壿嬈骷膬H為幾百毫瓦,若用低功率模式,還可降低功耗。(4) 結構靈活。芯片內具有豐富的可編程資源,使用戶邏輯的實現(xiàn)十分方便,并允許設 計者以自己熟悉的方法設計所需的邏輯系統(tǒng)。(5) 可靠性高。(6) 器件具有較多的4/0引腳，而且這些I /O引腳可隨意被定義為輸入或輸出或雙向引腳，使用時一般不會象 PAL、GAI器件中那樣受I /O引腳數(shù)量的制約。(7) 可編程和反復可編程性。器件具有現(xiàn)場可編程特性,可直接用計算機通過軟件對設 計進行修改和驗證， 無需改動印刷板，就可替換芯片內的百己置， 達到修改，更新設計的目 的。反復無限次的編程，對器件沒有損傷。(8) 開發(fā)軟件功能強大，設計輸入方法多樣，一個大規(guī)模數(shù)字系