第3章+fpga+cpld结构与应用

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1、第3章FPGA/CPLD结构与应用3.1概述数字电路是由基本的门电路组成的：与门、或门、非门、传输门。任何的组合逻辑函数都可以化为与-或表达式。时序电路只要在组合逻辑电路的基础上加上存储元件（锁存器、触发器、RAM等）构成。提出了乘积项可编程逻辑结构。原理如下：人们在此基础上，提出来SRAM查找表的可编程逻辑构件方法。多个查找表构成了一个查找表阵列，成为可编程门阵列（ProgrammableGateArray）。3.1概述3.1.1可编程逻辑器件的发展历程（1）20世纪70年代，熔丝编程的PROM和PLA

2、器件是最早的可编程逻辑器件。（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，Lattice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，生产出了世界上第一片FPGA器件。同期，A1tera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，Lattice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

3、件的性能和应用技术推向了一个全新的高度。（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。3.1概述3.1.2可编程逻辑器件的分类(1)按照集成度划分：（2）按结构划分：乘积项结构器件：与-或阵列。PLD和CPLD都是此范围。查找表结构:由简单的查找表组成可编程门，再构成阵列形式。FPGA（3）按编程工艺分：熔丝型：根据需要把熔丝烧断。开始全是1.反熔丝：根据需

4、要把熔丝导通。开始全是0.EPROM:用紫外线来擦除。EEPROM：电可擦除。SRAM：即SRAM查找表结构的器件。编程速度快，但是断电后内容消失，再次上电需要重新编程（配置）。FLASH型：采用FLASH工艺的FPGA可多次编程，而且断电后不需要重新配置。3.2简单PLD原理3.2.1电路符号表示3.2简单PLD原理3.2.1电路符号表示3.2简单PLD原理3.2.2PROM补充内容：2位地址输入，4位数据输出，二极管存储器A1A0：两位地址代码，能指定四个不同地址地址译码器：将四个地址译成W0W3四

5、个高电平输出信号A1A0W0W1W2W3000100110010110010001000D3D2D1D01100111101100111存储矩阵：二极管编码器W0=1EN=0W1=1EN=0W2=1EN=0W3=1EN=0输出缓冲器：提高带负载能力数据表为：D3D2D1D01100111101100111A1A000011011两个概念：存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元”，存储单元中有器件存入“1”，无器件存入“0”存储器的容量：“字数x位数”从与或逻辑网络的角度看，ROM中的地址译码器形成了输入变量

6、的所有最小项，即实现了逻辑变量的与运算。ROM中的存储矩阵实现了最小项的或运算，即形成了各个逻辑函数。ROM的与或阵列图（a）框图；（b）符号矩阵3.2简单PLD原理3.2.2PROM3.2简单PLD原理3.2.2PROM3.2简单PLD原理3.2.3PLA：可编程逻辑阵列当输入变量增多时，PROM的存储单元利用率讲大大减小。PLA是与阵列与或阵列都可编程。PLA的规格使用输入变量数、与逻辑阵列的输出端数、或逻辑阵列的输出端数三者的乘积。上面的PLA规格是：3x6x3.下面的规格分别是：4x8x4，4x

7、24x6组合电路和时序电路结构的通用形式:Y3=ABCD+A’B’C’D’Y2=AC+BDY1=AB’+A’BY0=C’D’+CD3.2简单PLD原理3.2.4PAL:可编程阵列逻辑：可编程“与”阵列+固定“或”阵列+输出电路并且单个输出的乘积项个数有限，如下图F0与F1每个乘积项是2个。可以通过输出反馈到输入来解决这个问题。下面是PAL16V8的部分电路，用该是16个输入变量。但是每个输出只有8个乘积项。PAL的输出电路结构和反馈形式一.专用输出结构用途：产生组合逻辑电路二.可编程输入/输出结构用途：组

8、合逻辑电路，有三态控制可实现总线连接可将输出作输入用当I1=I2=1时，G1处于输出工作状态，但是G2处于高阻态，因此可以将I/O2作为输入用。三.寄存器输出结构用途：产生时序逻辑电路D1=I1，D2=Q1，组成移位寄存器。四.异或输出结构时序逻辑电路还可便于对“与-或”输出求反当I1=1时，D2=Y2’=（Q1I2+Q1’I2’）得到反函数五.运算反馈结构时序逻辑电路可产生A、B的十六种算术、逻辑运算3.2.5GAL：通用逻