教学用教材第2章 CPLD和FPGA.doc

《教学用教材第2章 CPLD和FPGA.doc》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2章CPLD和FPGA2.1PLD介绍可编程逻辑器件PLD(ProgramableLogicDevice)是允许用户编程(配置)实现所需逻辑功能的电路,它与分立元件相比,具有速度快、容量大、功耗小和可靠性高等优点。由于集成度高，设计方法先进、现场可编程，可以设计各种数字电路，因此，在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域内得到了广泛应用。不久的将来将全部取代分立数字元件，目前一些数字集成电路生产厂商已经停止了分立数字集成电路的生产。因此应该学会PLD的设计技术。PLD电路早期代表产品由XLINX公司推出的门阵列，称为FPGA（FieldProgra

2、mableGateArray）,随后ALTERA公司推出以并行走线的PLD产品，称为CPLD（ComplexProgramableLogicDevice），这些早期产品价格高达万元，其开发软件价格高达几十万元。但是随着生产技术水平的提高，现在PLD产品的价格已大大降低，一片5000门、具有5KX8的SRAM电路作配置、84脚封装、速度达40—200MHz的PLD的价格已经下降到一百元以下。每一片这样的PLD可以设计成单片机、或者是CPU等，并且可以在外部接线完成以后还可以重新进行设计多次。目前在我国常见的PLD生产厂家有XILINX、ALTERA、ACTEL、LATTIC、

3、ATMEL、MICROCHIP和AMD等等，其中XILINX和ALTERA为两个主要生产厂，XILINX的产品为FPGA，ALTERA的产品称为CPLD，各有优缺点，但比较起来ALTERA的产品略有长处：1．同样具有EPROM和SRAM的结构2．对于SRAM结构的产品，ALTERA公司PLD的输出电流可达25MA，而XILINX的FPGA只有16MA3．ALTERA公司的PLD延时时间可预测，弥补了FPGA的缺点4．XILINX公司的开发软件FOUNDATION功能全，但是不如ALTERA公司的MAX+PLUS软件使用简单，特别是对于学校的学生学习VHDL语言和PLD设计。

4、5．ALTERA公司的产品价格稍微便宜6．ALTERA公司新推出的FLEX10K10E系列的产品具有更大的集成度PLD的结构分为两类：l逻辑单元阵列（LCA），包括逻辑快、互连阵列和I/O块l复合PLD结构，包括逻辑块和互连矩阵开关XLINIX、ACTEL公司的产品采用LCA结构，而ALTERA、AMD的MACH系列采用的是复合PLD结构。2.2ALTERA公司MAX7000系列（1）特点l该系列是以第二代多阵列结构为基础，高性能的CMOS器件l高密度，600—5000个可用门的EPLD系列MAX7128E：提供5000个门，其中可用门数2500,128个宏单元，最大I/O

5、引脚104，l引脚到引脚的时延6ns,计数器工作频率151MHzl可配置的扩展乘积项，允许向每个宏单元提供52个乘积项l44到208个引脚的各种封装，引线塑料载体（PLCC）、针栅阵列（PGA）扁平封装（QFP）l3.3V或5V的电源电压l可编程保密位lALTERAMAX+PLUS软件提供开发支持该系列型号：EPM7032,EPM7032V,EPM7064,EPM7096,EPM7128E,EPM7160,EPM7192,EPM7256（2）结构MAX7000的结构图2.1.1，其中I/O为输入输出模块，FB为逻辑阵列模块（LAB），这些模块由可编程互连矩阵相互连接。图2.

6、1.1l专用输入信号包含4个专用输入信号,它们能用作专用输入或每一个宏单元和I/O引脚的全局控制信号:时钟,清除和输出使能l逻辑阵列块（LAB）每个LAB由16个宏单元组成,多个LAB通过可编程连线阵列互连，每一个LAB有来自PIA的36个信号、用于寄存器辅助功能的控制信号和I/O引脚到寄存器的直接通道l宏单元宏单元可以单独配置为组合逻辑和时序逻辑工作方式，它由三个功能块组成：逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程触发器l扩展乘积项扩展乘积项可以使一个宏单元实现更复杂的逻辑函数，而不使使用两个宏单元l可编程连线阵列该阵列将各个LAB互连在一起，构成所需的逻辑功能lI/O控制块允许

7、每个I/O引脚可以单独配置为输入、输出或是双向工作方式2.3FLEX8000系列FLEX是FlexibleLogicElementMatrix的缩写，该系列采用0.8μmCMOSSRAM或0.65μmCMOSSRAM集成电路制造工艺制造。(1)特点l最大门数32000，具有2500—16000个可用门和282—1500个触发器l在线可重配置l可预测在线时间延迟的布线结构l实现加法器和计数器的专用进位通道l3.3V和5V电源lMAX+PLUS软件支持自动布线和布局l84到304个引脚的各种封装常用型号：EPF8282