112可编程逻辑器件的特点-兰州石化职业技术学院.DOC

兰州石化职业技术学院课时计划 NO1 授课日期 授课班级 课 题 可编程逻辑器件硬件原理 教学目的 1．了解可编程逻辑器件的特点与分类。 2．了解复杂可编程逻辑器件（CPLD）原理。 3．了解现场可编程阵列（FPGA）原理。 重点与难点 CPLD\FPGA的工作原理 教学辅助 手 段 多媒体 实训基地参观 复习提问 授课内容提纲 可编程逻辑器件原理 1．可编程逻辑器件的特点与分类。 2．复杂可编程逻辑器件（CPLD）。 3．现场可编程阵列（FPGA ）。 课外作业 教学心得 可编程逻辑器件原理 可编程逻辑器件（PLD，Programmable Logic Devices）是20世纪70年代发展起来的一种新的集成器件。PLD是大规模集成电路技术发展的产物，是一种半定制的集成电路，结合计算机软件技术（EDA技术）可以快速、方便地构建数字系统。 可编程逻辑器件的特点与分类 不论是简单还是复杂的数字电路系统都是由基本门来构成的，如与门、或门、非门、传输门等。由基本门可构成两类数字电路，一类是组合电路，在逻辑上输出总是当前输入状态的函数；另一类是时序电路，其输出是当前系统状态与当前输入状态的函数，它含有存储元件。 可编程逻辑器件的发展历史 可编程逻辑器件大致的演变过程如下： （1）20世纪70年代，熔丝编程的PROM和PLA器件是最早的可编程器件。 （2）20世纪70年代末，对PLA进行了改进，AMD公司推出PAL器件。 （3）20世纪80年代初，Lattic公司发明电可擦写的，比PAL使用更灵活的GAL器件。 （4）20世纪80年代中期，Xilinx公司提出现场可编程概念，同时生产出了世界上第一片FPGA器件。同一时期，Altera公司推出EPLD器件，较GAL器件有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除。 （5）20世纪80年代末，Lattic公司又提出在系统可编程技术，并且推出了一系列具备在系统可编程能力的CPLD器件，将可编程逻辑器件的性能和应用技术推向一个全新的高度。 （6）进入20世纪90年代后，可编程逻辑集成电路技术进入飞速发展时期。器件的可用逻辑门数超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模块（如加法器、乘法器、RAM、CPU核、DSP核、PLL等）的 SoPC（System on Programmable Chip）。 可编程逻辑器件的特点 可编程逻辑器件(PLD）是一种半定制专用集成电路(ASIC)，其功能可由设计者根据自已的需要来加以定义。PLD的工作速度快，集成度高，功耗低，适应性强。，PLD特别是HDPLD受到广大电子设计人员的普遍欢迎，已逐渐成为设计和实现数字系统的主要方式。 可编程逻辑器件的分类 可编程逻辑器件有许多品种，有些器件还具有多种特征，因此目前尚无严格的分类标准，下面只介绍几种常用的分类方法。 接总成密度分类 可编程逻辑器件从集成密度上可分为低密度可编程逻辑器件(LDPLD)和高密度可编 程逻辑器件（HDPLD)两类。 按编程方式分类 可编程逻辑器件的编程方式分为两类：一类是一次性编程(One Time Programmable，简称OTP)器件；另一类是可多次编程器件。 可编程逻辑器件的编程信息均存储在可编程元件中。根据各种可编程元件的结构及编程方式，可编程逻辑器件通常又可以分为四类： ①采用一次性编程的熔丝（Fuse)或反熔丝(Antifuse)元件的可编程器件。 ②采用紫外线擦除、电可编程元件，即采用EPROM、UVCMOS工艺结构的可编程器件。 ③采用电擦除、电可编程元件。其中一种是E2PROM，即采用E2CMOS工艺结构的可编理器件；另一种是采用快闪存储单元(Flash Memory)结构的可编程器件。 ④基于静态存储器SRAM结构的编程器件。 下面介绍几种可编程元件的编程原理。 1.熔丝和反熔丝元件的编程原理 图1.1 熔丝元件原理图 图1.2 反熔丝元件结构原理图 图1.3EPROM(FAMOS管)的结构及符号 2.浮栅编程原理 图1.4 E2PROM (Flotox管)结构 采用E2PROM结构即E2CMOS工艺的可编程器件主要有GAL和一些在系统可编程逻辑器件。 3.SRAM配置存储器 使用静态存储器SRAM存储逻辑配置数据，称配置存储器。 按结构特点分类 目前常用的可编程逻辑器件都是从与或阵列和门阵列发展起来的，所以可以从结构上将其分为两大类： ① 阵列型PLD。 ② 现场可编程门阵列FPGA。 复杂可编程逻辑器件（CPLD） 大多数EPLD、CPLD 器件中至少包含了三种结构：可编程逻辑宏单元；可编程I/0单元；可编程内部连线。 1.可编程逻辑宏单元 2.可编程I/O口 3. 可编程连线阵列 现场可编程阵列（