第五部分可编程逻辑器件讲述.ppt

可编程逻辑器件的定义 逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。 可编程逻辑器件（PLD－－Programmable Logic Device）：器件的功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻辑功能。 数字电路课程的回顾 使用中、小规模器件设计电路（74、54系列） 编码器（74LS148） 译码器（74LS138） 比较器（74LS85） 计数器（74LS193） 移位寄存器（74LS194） ……… 数字电路课程的回顾 采用中小规模器件的局限 电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低－－提高芯片的集成度 设计比较困难－－能方便地发现设计错误 电路修改很麻烦－－提供方便的修改手段 PLD器件的出现改变了这一切 PLD出现的背景 电路集成度不断提高 SSI?MSI?LSI?VLSI 计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用 设计方法的发展 自下而上?自上而下 用户需要设计自己需要的专用电路 专用集成电路（ASIC－Application Specific Integrated Circuits）开发周期长，投入大，风险大 可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小 PLD器件的优点 集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片 极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性 具有完善先进的开发工具 提供语言、图形等设计方法，十分灵活 通过仿真工具来验证设计的正确性 可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级 灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间 必威体育官网网址性好 管脚数目： 208个 电源： 3.3V（I/O） 2.5V（内核） 速度 250MHz 内部资源 4992个逻辑单元 10万个逻辑门 49152 bit的RAM PLD的发展趋势 向高集成度、高速度方向进一步发展 最高集成度已达到400万门 向低电压和低功耗方向发展，5V?3.3V?2.5V?1.8V?更低 内嵌多种功能模块 RAM，ROM，FIFO，DSP，CPU 向数、模混合可编程方向发展 大的PLD生产厂家 最大的PLD供应商之一 FPGA的发明者，最大的PLD供应商之一 ISP技术的发明者 提供军品及宇航级产品 PLD器件的分类－－按集成度 低密度 PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL 只能完成较小规模的逻辑电路 高密度，已经有超过400万门的器件 EPLD ,CPLD,FPGA 可用于设计大规模的数字系统集成度高，甚至可以做到SOC（System On a Chip） PLD器件的分类－－按结构特点 基于与或阵列结构的器件－－阵列型 PROM，EEPROM，PAL，GAL，CPLD CPLD的代表芯片如：Altera的MAX系列 基于门阵列结构的器件－－单元型 FPGA PLD器件的分类－－按编程工艺 熔丝或反熔丝编程器件－－Actel的FPGA器件 体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温 只能一次编程，在设计初期阶段不灵活 SRAM－－大多数公司的FPGA器件 可反复编程，实现系统功能的动态重构 每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序 EEPROM－－大多数CPLD器件 可反复编程 不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大 数字电路的基本组成 任何组合电路都可表示为其所有输入信号的最小项的和或者最大项的积的形式。 时序电路包含可记忆器件（触发器），其反馈信号和输入信号通过逻辑关系再决定输出信号。 PLD的逻辑符号表示方法 PROM结构 与阵列为全译码阵列，器件的规模将随着输入信号数量n的增加成2n指数级增长。因此PROM一般只用于数据存储器，不适于实现逻辑函数。 EPROM和EEPROM PLA结构 PLA的内部结构在简单PLD中有最高的灵活性，两个阵列均可编程。 PAL结构 与阵列可编程使输入项增多，或阵列固定使器件简化。 或阵列固定明显影响了器件编程的灵活性 GAL结构 GAL器件与PAL器件的区别在于用可编程的输出逻辑宏单元（OLMC）代替固定的或阵列。可以实现时序电路。 GAL器件的OLMCOutput Logic Macro Cell 每个OLMC包含或阵列中的一个或门 组成： 异或门：控制输出信号的极性 D触发器：适合设计时序电路 4个多路选择器 查找表的基本原理 查找表的基本原理 CPLD与FPGA的区别 FPGA与CPLD的区别 FPGA采用SRAM进行功能配置，可重复编程，但系统掉电后，SRAM中的数据丢失。因此，需在FPGA外加EPROM，将配置数据写入其中，系统每次上电自动将数据引入SRAM中。CPLD器件