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第2章 可编程逻辑器件与数字系统的设计 第2章 可编程逻辑器件与数字 系统的设计 主要内容 2.1 可编程逻辑器件概述 2.2 Altera系列可编程逻辑器件 2.3基于FPGA/CPLD的数字系统设计基础 2.1 可编程逻辑器件概述 是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术,它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 (1) 早期可编程逻辑器件: 可编程只读存贮器(PROM) 紫外线可擦除只读存贮器(EPROM) 电可擦除只读存贮器(E2PROM) 特点:只能完成简单的数字逻辑功能。 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 (2)PLD阶段—稍复杂可编程逻辑器件 PLA(可编程逻辑阵列) PAL(可编程阵列逻辑) GAL(通用阵列逻辑)。 特点:实现速度特性较好的逻辑功能。 但其结构过于简单,故只 适用实现较小规模的电路。 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 简单PLD的内部结构----PROM 简单PLD的内部结构----PROM 简单PLD的内部结构----PROM 简单PLD的内部结构----PROM 缺点: 与阵列固定,全译码器在输入变量增多时,工作效率低下。 不存在寄存器单元,只能完成组合逻辑电路 简单PLD的内部结构----PLA 改进:或阵列均可编程,利用率提高 新的不足:与或阵列均可编程,造成编程算法的复杂; 依然没有解决的不足:不能实现时序逻辑 简单PLD的内部结构----PAL 对PLA的改进: 1、与阵列可编程,或阵列不可编程,效率提高,算法简单。 2、在逻辑阵列后加入了存储单元电路,能够实现时序逻辑电路。 简单PLD的内部结构----GAL 在工艺上的改进: PROM PLA 采用熔丝型工艺,一次可编程 PAL GAL 采用EEPROM工艺,可多次编程 在结构上的改进: 对I/O接口做了改进,实现多种输入/输出逻辑 PLD的结构类型 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 从电路设计者来说,要实现所设计电路的功能,需将设计好的电路“写入”芯片(PLD母片)中,即对PLD进行编程。 4. PLD的编程工艺 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 ①熔丝(Fuse) 编程技术 熔丝编程技术是用熔丝作为开关元件,这些开关元件平时(在未编程时)处于连通状态,加电编程时,在不需要连接处将熔丝熔断,保留在器件内的熔丝模式决定相应器件的逻辑功能。 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 ②反熔丝编程技术 也称熔通编程技术,这类器件是用逆熔丝作为开关元件。这些开关元件在未编程时处于开路状态,编程时,在需要连接处的逆熔丝开关元件两端加上编程电压,逆熔丝将由高阻抗变为低阻抗,实现两点间的连接,编程后器件内的反熔丝模式决定了相应器件的逻辑功能。 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 可编程逻辑器件的发展与应用 ③浮栅型电可写紫外线擦除编程技术 这类PLD器件未编程时,各编程连接点皆处于连通状态,编程就是将不需要连接的地方断开。 EPROM的擦除的方法是将芯片在一定强度的紫外线照射下持续15~20min,达到擦除的目的。可重复擦除上万次。 浮栅型电可写电擦除编程技术(E2PROM) 编程和擦除都是通过在漏极和控制栅极上加入一定幅度和极性的电脉冲来实现,可由用户在“现场”用编程器来完成。 ④SRAM编程技术 是FPGA中采用的主要编程工艺之一。通常用一个静态的RAM单元存储通断信号(0,1),再由(0,1电平)去控制通路晶体管或传输门的导通与截止,以实现对电连接关系的编程。采用这种技术的如Xilinx公司的XC2000,XC3000,XC4000,XC5000;Altera公司的FLEX8000,FLEXl0K、ACEX1K等系列; SRAM型的FPGA是易失性的,断电后其内部编程数据(构造代码)将丢失,需在外部配接ROM存放FPGA的编程数据。 2.1.2 复杂可编程逻辑器件(C
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