可编程逻辑器件基础.ppt

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1、一、可编程逻辑器件基础大规模可编程器件技术一、可编程逻辑器件基础可编程逻辑器件(PLD)的定义PLD的基本原理与结构PLD的发展历程PLD的分类低密度PLD的原理与结构CPLD的原理与结构FPGA的原理与结构FPGA/CPLD器件的配置FPGA/CPLD器件概述1.可编程逻辑器件的定义可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，PLD）PLD是厂家作为一种通用型器件生产的半定制电路，用户利用软、硬件开发工具对器件进行设计和编程，通过配置、更改器件内部逻辑单元和连接结构，从而实现所需要的逻辑功

2、能。2.PLD的基本原理与结构（一）任何组合逻辑均可化为“与或”表达式，从而用“与门-或门”的电路来实现任何时序电路可由组合电路加上存储元件（触发器）构成从原理上说“与或”阵列加上寄存器的结构就可以实现任何的数字逻辑电路PLD器件采用与或阵列加上可灵活配置的互连线实现基本原理2.PLD的基本原理与结构（二）“与阵列”和“或阵列”为主体，实现各种逻辑函数和逻辑功能输入缓冲：增强输入信号的驱动能力；产生输入信号的原变量和反变量；输出缓冲：对输出信号进行处理，能输出组合逻辑信号和时序逻辑信号。输出缓冲一般含有三态门、

3、寄存器单元。PLD的基本结构3.PLD的发展历程（一）熔丝编程的PROM和PLA器件PAL器件AMD公司GAL器件Lattice公司EPLD器件80年代中Altera公司CPLD器件EPLD的改进型FPGA器件1985年Xilinx公司内嵌复杂功能模块的SoPC3.PLD的发展历程（二）PROM(可编程只读存储器)EPROM(紫外线可擦除存储器)E2PROM(电可擦除存储器)PLA(可编程逻辑阵列）PAL(可编程阵列逻辑)GAL(通用阵列逻辑)CPLD(复杂可编程逻辑器件)FPGA(现场可编程门阵列)4.PLD

4、的分类（一）1）按集成度分一般将GAL22V10（500门~750门）作为简单PLD和高密度PLD的分水岭4.PLD的分类（二）简单PLD(SPLD)也称低密度PLD(LDPLD)结构简单，成本低、速度高、设计简便，但其规模较小(通常每片只有数百门)，难于实现复杂的逻辑。按编程部位分类LDPLD分类与阵列或阵列输出电路可编程类型可编程只读存储器PROM固定可编程固定半场可编程可编程逻辑阵列PLA可编程可编程固定全场可编程可编程阵列逻辑PAL可编程固定固定半场可编程通用阵列逻辑GAL可编程固定逻辑宏单元（OLMC

5、）半场可编程4.PLD的分类（三）分类结构形式类型可擦除可编程逻辑器件(EPLD)与或阵列阵列型复杂可编程逻辑器件(CPLD)与或阵列阵列型现场可编程门阵列(FPGA)门阵列单元型复杂PLD也称高密度PLD(HDPLD)4.PLD的分类（四）2）按照可以编程的次数分：一次性编程器件（OTP，OneTimeProgrammable）可多次编程器件OTP类器件的特点是：只允许对器件编程一次，不能修改，而可多次编程器件则允许对器件多次编程，适合于在科研开发中使用。4.PLD的分类（五）3）按编程元件和编程工艺分类(1

6、)熔丝（Fuse）(2)反熔丝（Antifuse）编程元件(3)紫外线擦除、电可编程，如EPROM。(4)电擦除、电可编程方式，(EEPROM、快闪存储器（FlashMemory）），如多数CPLD(5)静态存储器（SRAM）结构，如多数FPGA非易失性器件易失性器件5.低密度PLD的原理与结构基本ROM单元可编程连接线即（熔丝），类似于保险丝，但通过大电流时熔断缓冲器与门或门5.低密度PLD的原理与结构（一）常见逻辑符号表示方法缓冲器与门或门5.低密度PLD的原理与结构（二）SPLD包括：PROM、PLA、P

7、AL、GAL“与或”阵列为基本结构，通过编程改变“与阵列”和“或阵列”的内部连接来实现不同的逻辑功能。5.低密度PLD的原理与结构（三）1）PROM的结构阵列规模大、速度低，主要作为存储器用5.低密度PLD的原理与结构（四）PROM与阵列固定或阵列可编程输出固定5.低密度PLD的原理与结构（五）用PROM实现半加器逻辑5.低密度PLD的原理与结构（六）2）PLA的基本结构与阵列可编程或阵列可编程输出电路固定阵列规模减小，编程复杂5.低密度PLD的原理与结构（七）3）PAL的基本结构与阵列可编程或阵列固定输出电路

8、固定熔丝编程，双极性工艺，输出端含宏单元（有触发器）速度快，编程灵活第一个得到广泛应用的PLD5.低密度PLD的原理与结构（八）4）GAL的结构可实现PAL的所有功能PAL是PROM熔丝工艺，为一次编程器件，而GAL是EEPROM工艺，可重复编程PAL的输出是固定的，而GAL用一个可编程的输出逻辑宏单元（OLMC）做为输出电路。GAL比PAL更灵活，功能更强，应用更方便，几乎能替代所有