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1、范立南 田丹 李雪飞 张明 编著清华大学出版社数字 电 子 技 术第10章 可编程逻辑器件本章知识结构图 可 编 程 逻 辑 器 件PLD的特点FPLAPAL复杂的可编程逻辑 器件CPLDFPGAEPLD第10章 可编程逻辑器件 10.1 可编程逻辑器件的基本特点 10.2 现场可编程逻辑阵列(FPLA) 10.3 可编程阵列逻辑(PAL) 10.4 复杂的可编程逻辑器件 10.5 实例电路分析：流水灯电路是由编程来确定其逻辑功能的器件。 Programmable Logical Device，简称 PLD 逻辑电路的设计和测试均可在计算机上实现，设 计成功的电路可方便地下载到 PLD，因而研
2、制周期短、 成本低、效率高，使产品能在极短时间内推出。 特点 用 PLD 实现的电路容易被修改。这种修改通过对 PLD 重新编程实现，可以不影响其外围电路。因此，其 产品的维护、更新都很方便。 PLD 使硬件也能象软件一 样实现升级，因而被认为是硬件革命。 较复杂的数字系统能用1片或数片 PLD 实现，因而 ，应用 PLD 生产的产品轻小可靠。此外，PLD 还具有硬 件加密功能。 应用 PLD 设计电路时，需选择合适的软件工具。 任何一个逻辑函数式都可以变换写成与-或 表达式，因而任何一个逻辑函数都可以用 一级与逻辑电路和一级或逻辑电路来实现 。现场可编程逻辑阵列FPLA由可编程的与 逻辑阵列
3、和可编程的或逻辑阵列以及输出 缓冲器组成FPLA的基本电路结构可编程阵列逻辑器件PAL是70年代后期推出的 PLD器件。它采用可编程与门阵列和固定连接 或门阵列的基本结构形式，一般采用熔丝编程 技术实现与门阵列的编程。各种型号PAL的门 阵列规模有大有小，但基本结构类似。用PAL 门阵列实现逻辑函数时，每个输出是若干个乘 积之和，即用乘积之和的形式实现逻辑函数， 其中乘积项数目固定不变。10.3 可编程阵列逻辑(PAL)PAL的基本结构10.4 复杂的可编程逻辑器件通常将集成密度大于1000个等效门/片的PLD 称为高密度可编程逻辑器件(HDPLD)，它包 括可擦除可编程逻辑器件EPLD、复杂
4、可编 程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列 FPGA三种类型。10.4.1 CPLD的结构CPLD是在EPLD基础上发展起来的器件。与EPLD相 比，它增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/O单元都作 了重大改进。CPLD采用E2CMOS工艺制作，有些 CPLD内部还集成了RAM、FIFO或双口RAM等存储 器，兼有FPGA的特性，许多CPLD还具备在系统编程 能力，因此它比EPLD功能更强，使用更灵活。目前各公司生产的EPLD和CPLD产品都有各自的特点 ，但总体结构大致相同，它们至少包含了三种结构： 可编程逻辑宏单元，可编程I/O单元，可编程内部连线 。10.4.2 CPLD编程简介CPLD的
5、开发是指利用开发系统的软件和硬件 对CPLD进行设计和编程的过程。开发系统的硬件部分包括计算机和编程器。编 程器是对CPLD进行写入和擦除的专用装置， 能提供写入或擦除操作所需要的电源电压和控 制信号，并通过并行接口从计算机接受编程数 据，最终写入CPLD中。可编程逻辑器件的设计流程主要包括设计准备 、设计输入、设计处理和器件编程四个步骤， 同时包括相应的功能仿真、时序仿真和器件测 试三个设计验证过程CPLD设计流程10.5 实例电路分析：流水灯电路本实例是使用Quartus软件在Quartus Block Editor中建立设计，或使用Quartus Text Editor 通过AHDL、V
6、erilogHDL或VHDL设计语言建立 设计。流水灯硬件设计连接图FPGA中元件连接图运行结果本章的重点在于介绍各种PLD在电路结构和性能 上的特点，以及它们都能用来实现哪些逻辑功能 ，适用在哪些场合FPLA和PAL是较早应用的两种PLD。这两种器 件多采用双极性、熔丝工艺或UVCMOS工艺制 作，电路的基本结构是与-或逻辑阵列型。EPLD是采用UVCMOS工艺制作的高密度PLD， 集成度可达数千门。另一种高密度PLD是FPGA 。这种器件采用CMOS-SRAM工艺制作，电路 结构为逻辑单元阵列形式。各种PLD的编程工作都需要在开发系统的支持 下进行。开发系统的硬件部分由计算机和编程 器组成，软件部分是专用的编程语言和相应的 编程软件。开发系统的种类很多，性能差别很 大，各有一定的适用范围。因此，在选择PLD 的具体型号时必须同时考虑到使用的开发系统 能否支持这种型号PLD的编程工作。
