第1章cpld设计概论

《第1章cpld设计概论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章CPLD设计概论信电学院付慧生教授2006-5课程宗旨n建立现代数字系统设计的概念；n更新传统数字电路的设计观念，建立用PLD器件取代传统TTL器件设计数字电路的思想n更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。1.1什么是数字系统？n数字系统：是可以完成某种（或多种）特定的、不那么单一的数字电路功能的系统。n数字器件：即数字IC芯片。是构成数字系统的基本部件，是数字系统的“元素”或“细胞”。n一个数字电子设备（产品

2、），小到一个数字电子钟，大到一台数控车床或超级计算机，都是一个“数字系统”。数字系统与数字器件的主要区别n数字系统一般应包含某种控制n一个声音处理系统器及受控单元，并且功能不那么单一。n例如：一个大规模集成的数字存储器，它一般只被认为是一个数字器件而非一个数字系统。n而一个数字电子钟，虽然该数字钟的芯片集成度并不一定很高，但它却可被认为是一个数字系统。因为数字钟内不仅包含有受控单元（如计数器），也有某种控制器（如分频控制电路、校时、预置电路等）。并不仅仅只看系统是否相当复杂及芯片集成度的高低。n计算机中使用的内存条应用

3、中的数字系统芯片数字器件n数字器件是构成数字系统的“元素”或“细胞”；n标准TTL或CMOS数字集成电路（如各种门电路、计数器、寄存器、译码器等），是数字器件。最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。n近来人们已经能够在单一半导体芯片上设计、制造百万个以上的晶体管，这种高集成度的IC芯片已经开始具备以往一个数字系统的全部特性与功能，这就产生了现代所谓的“单片系统”（SOC，即SystemOnaChip）和SOPC。此时数字器件已发展成为数字系统n由于单片

4、系统集成度高、功耗低、功能强大，工作可靠，正受到人们越来越大的重视,今后必将会有光明的发展前景。数字器件焊在电路板上的数字器件给单片机作接口控制的数字芯片Sopc系统Sopc系统可编程逻辑器件n可编程逻辑器件（PLD－－ProgrammableLogicDevice）是一种通用的电子器件，其功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即：可通过编程设计的方法来定义器件的逻辑功能。这颇类似于单片机的特性。n但是PLD与MCU有基本的不同：nMCU是通过软件（指令）来实现预期的功能；n而PLD是通过内部硬件布线、以

5、硬件来实现预期的功能。n所以PLD完成逻辑功能的工作速度比MCU要快得多。1.2构建数字系统的途径n1.标准化的中、小规模数字集成电路。n特点：n简单易用、价格低廉，应用广泛，集成度较低，功能受限。一般需要用较多的芯片才能构建一个数字系统,并需要进行大量的芯片间连线，致使系统构成复杂、功耗高、可靠性偏低。n标准化的中、小规模数字集成电路是设计数字系统的基本方法之一。构建数字系统的途径－使用CPU、MCU及DSPn2.基于LSI(大规模集成LargeScaleIntegration)或VLSI(超大规模集成技术（Very

6、LargeScaleIntegration）的微处理器。n如各种通用或嵌入式CPU、MCU（微控制器）及数字信号处理器DSP。使用CPU、MCU及DSP的系统使用CPU、MCU及DSP构建数字系统n特点：nCPU、MCU、DSP依靠执行指令（软件）可以方便的实现几乎任意的数字逻辑功能，其应用灵活性极强。n但这些微处理器一般需要一定的数字接口器件相配合才能有效工作；依靠执行软件来完成数字逻辑功能的工作方法导致其工作速度相对较慢，故在一些需要高速、实时工作的应用场合它们的应用就受到一定的限制。3.基于LSI或VLSI的专用

7、集成电路ASICnASIC(即ApplicationSpecificIC)是一种为完成某种特定的电路功能而专门设计、生产的IC器件。n特点：n需要专门设计/定制，大规模集成。性能强、功耗低、工作可靠性高、保密性高、大批量应用时成本也较低；n但其功能专一且不能改变，不适宜在电子产品的研发阶段予以使用。nASIC分类：n按功能的不同可分为：数字ASIC、模拟ASIC及混合型ASIC。n综合言之，使用ASIC进行数字系统设计需要较高的开发费用、设计与制造周期也较长。所以ASIC只适合在大批量工业应用的场合中使用。4.基于LS

8、I/VLSI的可编程逻辑器件PLD(Programmab1eLogicDvice)。nPLD是一种从二十世纪70年代开始发展起来的一种完全由用户自行定义芯片逻辑功能的“通用型”数字器件。n它可以看作是半定制ASIC的一个重要分支,也是目前数字电子技术中发展最为迅速的一个领域。n芯片厂商将其作为一种通用数字器件进行设计、生产；n而用