數(shù)字電子技術(shù)可編程邏輯器件

第八章可編程邏輯器件可編程邏輯器件（PLD-ProgrammableLogicDevice）傳統(tǒng)的邏輯系統(tǒng)，當(dāng)規(guī)模增大時(shí)（SSIMSI)焊點(diǎn)多，可靠性下降系統(tǒng)規(guī)模增加成本升高功耗增加占用空間擴(kuò)大連接線與點(diǎn)增多抗干擾下降1.數(shù)字集成電路從功能上有分為通用型、專用型兩大類2.PLD的特點(diǎn)：是一種按通用器件來(lái)生產(chǎn)，但邏輯功能是由用戶通過(guò)對(duì)器件編程來(lái)設(shè)定的集成電路。數(shù)字系統(tǒng)8.1可編程邏輯器件的基本特點(diǎn)二、PLD的發(fā)展和分類PROM是最早的PLDPLA可編程邏輯陣列PAL可編程陣列邏輯GAL通用陣列邏輯CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列8.2可編程邏輯陣列（PLA）電路結(jié)構(gòu)：一個(gè)可編程的與邏輯陣列、一個(gè)可編程的或邏輯陣列、輸入緩沖電路和輸出緩沖電路。PLD門電路的常用畫法×表示兩條線通過(guò)編程相連·表示兩條線是硬件連接的沒(méi)有連接符號(hào)兩條線表示不相連組合邏輯型的PLA一個(gè)具有3個(gè)輸入端、可以產(chǎn)生4個(gè)乘積項(xiàng)和3個(gè)輸出函數(shù)的PLA結(jié)構(gòu)圖。輸出緩沖電路由一組三態(tài)輸出的緩沖器組成。沒(méi)有存儲(chǔ)單元，用于設(shè)計(jì)組合邏輯電路時(shí)序邏輯型PLA電路緩沖電路中增加了若干觸發(fā)器將這些觸發(fā)器的狀態(tài)反饋到可編程的與邏輯陣列上8.3可編程陣列邏輯（PAL）8.3.1PAL的基本結(jié)構(gòu)形式 由可編程的與陣列、固定的或陣列和輸入、輸出緩沖電路組成。1.可編程輸入輸出結(jié)構(gòu)可編程輸入輸出結(jié)構(gòu)的輸出電路具有可編程控制的三態(tài)輸出緩沖器G1。8.3.2PAL的各種輸出電路結(jié)構(gòu)用途：組合邏輯電路，有三態(tài)控制可實(shí)現(xiàn)總線連接可將輸出作輸入用2.異或輸出結(jié)構(gòu)

在與或陣列的輸出和三態(tài)輸出緩沖器之間增加一級(jí)異或門。便于對(duì)“與或”輸出求反用途：產(chǎn)生時(shí)序邏輯電路3.寄存器輸出結(jié)構(gòu)

增加了一些觸發(fā)器，并將觸發(fā)器的狀態(tài)反饋到與邏輯陣列

上，以便為時(shí)序邏輯電路提供存儲(chǔ)電路。

PAL16R4

輸出緩沖電路中含有4個(gè)觸發(fā)器，且觸發(fā)器的狀態(tài)全都反饋到與陣列上。可以設(shè)計(jì)組合和時(shí)序邏輯電路4.可配置輸出結(jié)構(gòu)

輸出電路由一組可編程的輸出邏輯宏單元（outputlogicmacrocell，OLMC）組成。通過(guò)對(duì)OLMC的編程，可以將輸出電路的結(jié)構(gòu)設(shè)置成不同的形式。PAL22V10D的OLMC電路結(jié)構(gòu)圖OLMC可設(shè)置成的4種輸出結(jié)構(gòu)8.4通用邏輯陣列（GAL）通用性更強(qiáng)的可編程邏輯器件電路結(jié)構(gòu)形式可編程“與”陣列+固定“或”陣列+可編程輸出電路

OLMC編程單元采用E2CMOS可改寫GAL16V8的OLMC數(shù)據(jù)選擇器8.5復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）由若干可編程的通用邏輯模塊（genericlogicblock，GLB）、可編程的輸入輸出模塊（input/outputblock，IOB）和可編程的內(nèi)部連線組成。GLB中的宏單元

每個(gè)GLB中包含8～20個(gè)宏單元，規(guī)模較大的CPLD中可包含1000多個(gè)。CPLD中的IOB結(jié)構(gòu)8.6現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）包含若干個(gè)可編程邏輯模塊（CLB）、可編程輸入輸出模塊IOB和一整套的可編程內(nèi)部資源。以Xilinx公司的XC2064為例

1.CLB包含一個(gè)組合邏輯電路、一個(gè)D觸發(fā)器和6個(gè)數(shù)據(jù)選擇器?？蓸?gòu)成時(shí)序電路。2.IOB由三態(tài)輸出緩沖器、輸入緩沖器、D觸發(fā)器和兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器組成?？梢栽O(shè)置為輸入/輸出；輸入時(shí)可設(shè)置為同步、異步。3.內(nèi)部互連資源包含許多水平方向和垂直方向的連線和可編程的開(kāi)關(guān)矩陣SM，以及許多可編程的連接點(diǎn)8.7PLD的編程及硬件描述語(yǔ)言對(duì)PLD進(jìn)行編程就是要設(shè)置其中每個(gè)可編程元件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。早期的PLD均需離線進(jìn)行編程操作，使用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)；目前在CPLD中多采用“在系統(tǒng)可編程（ISP）”技術(shù)。一、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)硬件：計(jì)算機(jī)+編程器軟件：開(kāi)發(fā)環(huán)境（軟件平臺(tái)）

VHDL,Verilog

真值表，方程式，電路邏輯圖（Schematic）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（FSM）二、步驟抽象（系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Top-Down的設(shè)計(jì)方法）選定PLD選定開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編寫源程序（或輸入文件）調(diào)試，運(yùn)行仿真，產(chǎn)生下載文件下載測(cè)試硬件描述語(yǔ)言（hardwaredescriptionlanguage，HDL）一種專門用于描述電路邏輯功能的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，能對(duì)任何復(fù)雜的數(shù)字電路進(jìn)行全面的邏輯