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1、数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版第八章 可编程逻辑器件数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版第八章第八章 可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD, Programmable Logic DevicePLD, Programmable Logic Device）8.1 8.1 概述概述一、一、PLDPLD的基本特点的基本特点1. 1. 数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类2. PLD2. PLD的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是
2、由的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的用户通过对器件编程来设定的数字系统数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、二、PLDPLD的发展和分类的发展和分类PROMPROM是最早的是最早的PLDPLD1. 1.PAL PAL 可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列2.2.FPLA FPLA 现场可编程阵列逻辑现场可编程阵列逻辑3.3.GAL GAL 通用阵列逻辑通用阵列逻辑4.4.EPLD EPLD 可擦除的可编程逻辑器件可擦除的可编程逻辑器件5.5.FPGA FPGA 现场可编程门阵列现场可编程门阵列6.6.ISP-P
3、LD ISP-PLD 在系统可编程的在系统可编程的PLDPLD数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、三、LSILSI中用的逻辑图符号中用的逻辑图符号数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.2 8.2 现场可编程逻辑阵列现场可编程逻辑阵列 FPLAFPLA组合电路和时序电路结构的通用形式组合电路和时序电路结构的通用形式A0An-1W0W(2n-1)D0Dm数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.2 FPLA8.2 FPLA组合电路和时序电路
4、结构的通用形式组合电路和时序电路结构的通用形式数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.3 PAL8.3 PAL（Programmable Array LogicProgrammable Array Logic）8.3.1 PAL8.3.1 PAL的基本电路结构的基本电路结构一、基本结构形式一、基本结构形式可编程可编程“ “与与” ”阵列阵列+ +固定固定“ “或或” ”阵列阵列+ +输出电路输出电路最简单的形式为：最简单的形式为：二、编程单元二、编程单元出厂时，出厂时，所有的交叉点均有熔丝所有的交叉点均有熔丝数字电子技术基础数字电子技术基础数
5、字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.3.2 PAL8.3.2 PAL的输出电路结构和反馈形式的输出电路结构和反馈形式一一. . 专用输出结构专用输出结构用途：产生组合逻辑电路用途：产生组合逻辑电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二二. . 可编程输入可编程输入/ /输出结构输出结构用途：组合逻辑电路，用途：组合逻辑电路，有三态控制可实现总线连接有三态控制可实现总线连接可将输出作输入用可将输出作输入用数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三三. . 寄存器输出结构寄存器
6、输出结构用途：产生时序逻辑电路用途：产生时序逻辑电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版四四. . 异或输出结构异或输出结构时序逻辑电路时序逻辑电路还可便于对还可便于对“与与- -或或”输出求反输出求反数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版五五. . 运算反馈结构运算反馈结构时序逻辑电路时序逻辑电路可产生可产生A、B的十六种算术、逻辑运算的十六种算术、逻辑运算数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.3.3 PAL8.3.3 PAL的应用举例的
7、应用举例数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.4 8.4 通用逻辑阵列通用逻辑阵列 GALGAL8.4.1 8.4.1 电路结构形式电路结构形式可编程可编程“ “与与” ”阵列阵列 + + 固定固定“ “或或” ”阵列阵列 + + 可编程输出可编程输出电路电路OLMCOLMC编程单元编程单元采用采用E E2 2CMOS CMOS 可改写可改写数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版GAL16V8数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.4.2
8、OLMC8.4.2 OLMC数据选择器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.4.3 GAL8.4.3 GAL的输入和输出特性的输入和输出特性GALGAL是一种较为理想的高输入阻抗器件是一种较为理想的高输入阻抗器件数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版GALGAL输出缓冲级输出缓冲级数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.5 8.5 可擦除的可编程逻辑阵列可擦除的可编程逻辑阵列EPLDEPLD一、结构特点一、结构特点相当于相当于“ “与与-
9、-或或” ”阵列（阵列（PALPAL） + OLMC+ OLMC二、采用二、采用EPROMEPROM工艺工艺 集成度提高集成度提高 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.7 8.7 现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA一、基本结构一、基本结构1. IOB2. CLB3. 互连资源4. SRAM数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版1. IOB1. IOB可以设置为输入可以设置为输入/ /输出；输出；输入时可设置为：同步（经触发器）输入时可设置为：同步（经触发器） 异步（不经触发器
10、）异步（不经触发器）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2. CLB2. CLB本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路将许多将许多CLB组合起来，可形成大系统组合起来，可形成大系统数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版3. 3. 互连资源互连资源数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版4. SRAM4. SRAM分布式分布式每一位触发器控制一个编程点每一位触发器控制一个编程点数字电子技术基础数
11、字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、编程数据的装载二、编程数据的装载1.数据可先放在数据可先放在EPROM或或PC机中机中2.通电后，自行启动通电后，自行启动FPGA内部的一内部的一个时序控制逻辑电路，将在个时序控制逻辑电路，将在EPROM中存放的数据读入中存放的数据读入FPGA的的SRAM中中3.“装载装载”结束后，进入编程设定的结束后，进入编程设定的工作状态工作状态！每次停电后，SRAM中数据消失下次工作仍需重新装载数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.8 8.8 在系统可编程通用数字开关（在系统可
12、编程通用数字开关（ispGDSispGDS）ispGDS22ispGDS22的的结构框图结构框图数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版8.9 PLD8.9 PLD的编程的编程以上各种以上各种PLDPLD均需离线进行编程操作，使用开发系统均需离线进行编程操作，使用开发系统一、开发系统一、开发系统1. 1.硬件：计算机硬件：计算机+ +编程器编程器2.2.软件：开发环境（软件平台）软件：开发环境（软件平台） VHDL, VHDL, VerilogVerilog真值表，方程式，电路逻辑图（真值表，方程式，电路逻辑图（SchematicSchemati
13、c） 状态转换图（状态转换图（ FSMFSM）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、步骤二、步骤 抽象（系统设计采用抽象（系统设计采用Top-DownTop-Down的设计方法）的设计方法） 选定选定PLDPLD 选定开发系统选定开发系统 编写源程序（或输入文件）编写源程序（或输入文件） 调试，运行仿真，产生下载文件调试，运行仿真，产生下载文件 下载下载 测试测试数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版ispisp器件的编程接口（器件的编程接口（LatticeLattice）开发环境 使用使用ispPLDispPLD的优点：的优点： * *不再需要专用编程器不再需要专用编程器 * *为硬件的软件化提供可能为硬件的软件化提供可能 * *为实现硬件的远程构建提供可能为实现硬件的远程构建提供可能
