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第六章 可编程逻辑器件PLD 第一节 可编程逻辑器件PLD概述 第二节 可编程逻辑器件PLD的基本单元 第三节 可编程只读存储器PROM和可编程逻辑阵列PLA 第四节 可编程阵列逻辑PAL和通用阵列逻辑GAL 第五节 高密度可编程逻辑器件HDPLD原理及应用 第六节 现场可编程门阵列FPGA 第七节 随机存取存储器（RAM） 前面讨论的可编程逻辑器件基本组成部分是与阵列、或阵列和输出电路。再加上触发器则可实现时序电路。 本节介绍的FPGA（Field Programmable Gate Array）不像PLD那样受结构的限制，它可以靠门与门的连接来实现任何复杂的逻辑电路，更适合实现多级逻辑功能。 陆续推出的各种新型的现场可编程门阵列FPGA。功能更加丰富。具有很高的密度和速度等等。 一、现场可编程门阵列FPGA结构 FPGA的编程单元是基于静态存储器（SRAM）结构，从理论上讲，具有无限次重复编程的能力。 下面介绍XILINX公司的XC4000E系列芯片，见下图： 可配置逻辑 模块CLB 输入/输出 模块I/OB 可编程连 线PI 编程开关 矩阵PSM 二、现场可编程门阵列FPGA的特点 （一）SRAM结构：可以无限次编程，但它属于易失性元件，掉电后芯片内信息丢失。通电之后，要为FPGA重新配置逻辑，FPGA配置方式有七种。请同学参考有关文献。 （二）内部连线结构：HDPLD的信号汇总于编程内连矩阵，然后分配到各个宏单元。它的信号通路固定，系统速度可以预测。而FPGA的内连线是分布在CLB周围，而且编程的种类和编程点很多，布线相当灵活，其在系统速度方面低于HDPLD的速度。 （三）芯片逻辑利用率：由于FPGA的CLB规模小，可分为两个独立的电路，又有丰富的连线，所以系统综合时可进行充分的优化，以达到逻辑最高的利用。 （四）芯片功耗：高密度可编程逻辑器件HDPLD的功耗一般在0.5～2.5W之间，而FPGA芯片功耗0.25～5mW之间，静态时几乎没有功耗，所以称FPGA为零功耗器件。 在计算机及数据处理系统中需要存放大量数据、中间结果、表格等设备，可以用随机存取存储器RAM。 RAM可分为单极型和双极型：双极型工作速率高，但是集成度不如单极型的高。目前，由于工艺水平的不断提高，单极型RAM的速率已经可以和双极型RAM相比，而且单极型RAM具有功耗低的优点。这里只以单极型RAM为例进行分析。 单极型RAM又可分为静态RAM与动态RAM：静态RAM是用MOS管触发器来存储代码，所用MOS管较多、集成度低、功耗也较大。动态RAM是用栅极分布电容保存信息，它的存储单元所需要的MOS管较少，因此集成度高、功耗也小。静态RAM使用方便，不需要刷新。 一、可编程只读存储器PROM PROM的结构是与阵列固定、或阵列可编程的PLD器件。对于有大量输入信号的PROM，比较适合作为存储器来存放数据，它在计算机系统和数据自动控制等方面起着重要的作用。 例1： 下图是一个8（字线）×4（数据）的存储器数据阵列图。 对于较少的输入信号组成的与阵列固定、或阵列可编程的器件中，也可以很方便地实现任意组合逻辑函数。 3线-8线译码器 8×4存储单元矩阵 输出缓冲器 地址码输入端 数据输出端 字线 由地址译码器选中不同的字线，被选中字线上的四位数据通过输出缓冲器输出。 如当地址码A2A1A0＝000时，通过地址译码器，使字线P0＝1，将字线P0上的存储单元存储的数据0000输出，即D0～D3＝0000。 将左图地址扩展成n条地 址线，n位地址码可寻址2n个 信息单元，产生字线为2n条， 其输出若是m位，则存储器的 总容量为2n×m位。 0 0 0 1 0 0 0 0 EPROM有各种类型的产品，下图是紫外线擦除、电可编程的EPROM2716器件逻辑框图和引脚图。 EPROM2716是211×8位可改写存储器，有11位地址线A0～A10，产生字线为2048条，D7～D0是8位数据输出/输入线，编程或读操作时，数据由此输入或输出。 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。 若当EPROM2716的容量不能满足使用要求，且仅有2716芯片时，可用多片并联来扩展地址线和数据线。下图是将2片2716扩展成2048×16的数据的连接示意