《数字电路基础课件-数字教案(第8章).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路基础课件-数字教案(第8章).ppt（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 可编程逻辑器件第八章第八章第八章第八章 可编程逻辑器件可编程逻辑器件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 概述概述概述概述一、一、一、一、PLDPLD的基本特点的基本特点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，但逻辑功能是的特点：
2、是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是的特点：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由用户通过对器件编程来设定的由用户通过对器件编程来设定的由用户通过对器件编程来设定的数字数字数字数字系统系统系统系统二、二、PLD的发展和分类的发展和分类PROM是最早的是最早的PLD1.1.PAL 可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列2.2.FPLA 现场可编程阵列逻辑现场可编程阵列逻辑3.3.GAL 通用阵列逻辑通用阵列逻辑4.4.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 现场可编程门阵列现场可编程门阵列6.6.ISP
3、-PLD 在系统可编程的在系统可编程的PLD三、三、LSI中用的逻辑图符号中用的逻辑图符号EPROMEPROM：与阵列固定，或阵列可编程：与阵列固定，或阵列可编程8.2 现场可编程逻辑阵列现场可编程逻辑阵列 FPLA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A A0 0An-1An-1W0W0W(2W(2n n-1)-1)D0D0DmDm8.2 FPLA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8.3 PAL8.3 PAL（Programmable Array LogicProgramm
4、able Array Logic）8.3.1 PAL8.3.1 PAL的基本电路结构的基本电路结构的基本电路结构的基本电路结构一、基本结构形式一、基本结构形式一、基本结构形式一、基本结构形式可编程可编程可编程可编程“ “与与与与” ”阵列阵列阵列阵列+ +固定固定固定固定“ “或或或或” ”阵列阵列阵列阵列+ +输出电路输出电路输出电路输出电路最简单的形式为：最简单的形式为：最简单的形式为：最简单的形式为：二、编程单元二、编程单元二、编程单元二、编程单元出厂时，出厂时，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所有的交叉点均有熔丝所有的交叉点均有熔丝8.3.2 PAL8.3.2
5、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一一一一. . 专用输出结构专用输出结构专用输出结构专用输出结构用途：产生组合逻辑用途：产生组合逻辑用途：产生组合逻辑用途：产生组合逻辑电路电路电路电路二二二二. . 可编程输入可编程输入可编程输入可编程输入/ /输出结构输出结构输出结构输出结构用途：组合逻辑电路，用途：组合逻辑电路，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可将输出作输入用可将输出作输入用三三三三.
6、. 寄存器输出结构寄存器输出结构寄存器输出结构寄存器输出结构用途：产生时序逻辑电路用途：产生时序逻辑电路用途：产生时序逻辑电路用途：产生时序逻辑电路四四四四. . 异或输出结构异或输出结构异或输出结构异或输出结构时序逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路还可便于对还可便于对还可便于对还可便于对“与与与与- - - -或或或或”输出求输出求输出求输出求反反反反五五五五. . 运算反馈结构运算反馈结构运算反馈结构运算反馈结构时序逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路可产生可产生可产生可产生A A、B B的十六种算术、逻辑运算的十六种算术、逻辑运算的十六种算术、逻辑运算的十六种算术、逻辑
7、运算8.4 8.4 通用逻辑阵列通用逻辑阵列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电路结构形式电路结构形式可编程可编程可编程可编程“ “与与与与” ”阵列阵列阵列阵列 + + 固定固定固定固定“ “或或或或” ”阵列阵列阵列阵列 + + 可编程输出可编程输出可编程输出可编程输出电路电路电路电路OLMCOLMC编程单元编程单元编程单元编程单元采用采用采用采用E E2 2CMOS CMOS 可改写可改写可改写可改写GAL16V8GAL16V88.4.2 OLMC数据选择器数据选择器数据选择器数据选择器8.4.3 GAL8.4.3 GAL的输入和输出特
8、性的输入和输出特性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、结构特点一、结构特点一、结构特点相当于相当于相当于相当于“ “与与与与- -或或或或” ”阵列（阵列（阵列（阵列（PALPAL） + + OLMCOLMC二、采用二、采用二、采用二、采用EPROMEPROM工艺工艺工艺工艺 集成度提高集成度提高集成度提高集成度提高 8.7 8.7
9、现场可编程门阵列现场可编程门阵列现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA一、基本结构一、基本结构一、基本结构一、基本结构1. IOB1. IOB2. CLB2. CLB3. 3. 互连资源互连资源互连资源互连资源4. SRAM4. SRAM1. IOB1. IOB可以设置为输入可以设置为输入可以设置为输入可以设置为输入/ / / /输出；输出；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）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）异步（不经触发器）异步（不经触发器）异步（不经触发器）2. CLB2. CLB本身包含
10、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将许多将许多CLBCLB组合起来，可形成大系统组合起来，可形成大系统组合起来，可形成大系统组合起来，可形成大系统3. 互连资源互连资源4. 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二、编程数据的装载二、编程数据的装载二、编程数据的装载二、编程数据的装载1. 1.数据可先放在数据可先放在数据可先放在数据可先放在EPROMEPROM或或或或PCPC机中机中机中机中2. 2.通电后，
11、自行启动通电后，自行启动通电后，自行启动通电后，自行启动FPGAFPGA内内内内部的一个时序控制逻辑电路，部的一个时序控制逻辑电路，部的一个时序控制逻辑电路，部的一个时序控制逻辑电路，将在将在将在将在EPROMEPROM中存放的数据中存放的数据中存放的数据中存放的数据读入读入读入读入FPGAFPGA的的的的SRAMSRAM中中中中3. 3.“ “装载装载装载装载” ”结束后，进入编程结束后，进入编程结束后，进入编程结束后，进入编程设定的工作状态设定的工作状态设定的工作状态设定的工作状态！每次停电后，！每次停电后，！每次停电后，！每次停电后，SRAMSRAM中数据消失中数据消失中数据消失中数据消
12、失下次工作仍需重新装载下次工作仍需重新装载下次工作仍需重新装载下次工作仍需重新装载8.8 8.8 在系统可编程通用数字开关（在系统可编程通用数字开关（在系统可编程通用数字开关（在系统可编程通用数字开关（ispGDSispGDS）8.9 PLD8.9 PLD的编程的编程的编程的编程以上各种以上各种以上各种以上各种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、开发系统一、开发系统一、开发系统1.1.硬件：计算机硬件：计算机硬件：计算机硬件：计算机+ +编程器编程器编程器编程器2.2
13、.软件：开发环境（软件平台）软件：开发环境（软件平台）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（真值表，方程式，电路逻辑图（真值表，方程式，电路逻辑图（SchematicSchematic） 状态转换图（状态转换图（状态转换图（状态转换图（ FSMFSM）二、步骤二、步骤vv抽象（系统设计采用抽象（系统设计采用Top-Down的设计方法）的设计方法）vv选定选定PLDvv选定开发系统选定开发系统vv编写源程序（或输入文件）编写源程序（或输入文件）vv调试，运行仿真，产生下载文件调试，运行仿真，产生下载文件vv下载下载vv测试测试ispisp器件的编程接口（器件的编程接口（器件的编程接口（器件的编程接口（LatticeLattice）开发开发开发开发环境环境环境环境使用使用使用使用ispPLDispPLD的优点：的优点：的优点：的优点：* *不再需要专用编程器不再需要专用编程器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
