《可编程逻辑器》PPT课件

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1、第2章可编程逻辑器件随着数字电子技术日新月异的发展，70年代后出现了存放用户程序的可编程只读存储器（PROM），用户可以方便地实现不同的逻辑电路，由此便出现了最早的可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，PLD）。该类器件具有结构灵活、集成度高、处理速度快和可靠性高等特点，因此发展极其迅速，从早期的仅几百门规模、需专用编程器编程的简单可编程器件，发展到数百万门规模、可在线直接编程的高密度可编程器件，在工业控制和产品开发等方面得到了广泛的应用。各种可编程逻辑器件可以分为简单可编程逻辑器件（Progr

2、ammableLogicDevice，PLD）、复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammableLogicDevice，CPLD）、现场可编程器门阵列（FiledProgrammableGateArray，FPGA）等。2.1简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件是指在芯片内部集成的硬件资源相对较小、应用的场合相对简单，而且实现的逻辑功能不是很复杂，通常都是实现一些简单的逻辑操作，比如与、或、非、与非、或非以及同或、异或等逻辑功能，主要包括PLD、PAL、GAL等几种可编程逻辑器件。1.PLD可编程逻辑器件（PL

3、D）是集成电路技术发展的产物，是EDA得以实现的硬件基础，由设计人员自行编程而把数字系统“集成”在一片PLD上，可灵活方便地构建和修改数字电子系统，不必去请芯片制造厂商设计和制作专用的集成电路芯片了。一般把单片集成度在1K标准门以下的可编程逻辑器件称为简单PLD。简单PLD由与阵列和或阵列组成，能有效地实现“乘积项”形式的布尔逻辑函数。最初的PLD是PROM和PAL。PROM中与阵列固定，当输入变量为N时，与阵列的乘积项输出线为2的N次方，而或阵列是可编程的。在许多逻辑应用场合中，并不需要每个变量均参与乘积项。为了组合逻

4、辑的需要，发明了PAL（ProgrammableArrayLogic）器件，在PAL中，与阵列是可编程的，而或阵列是固定的。后来为使PAL能够适应更多的应用需求，又在PAL结构中加入了寄存器，这样也可以作时序电路。有些PAL的输出部分还加入了一些宏单元，可以灵活地变换正负输出逻辑、寄存器和三态输出等，这就是通用阵列逻辑GAL（GenericArrayLogic）。PLD阵列的表示方法：PLD可以用阵列图来表示，阵列图是将缓冲器、与门阵列和或门阵列组合起来构成的。图中，A、B为输入信号，F1F2F3为输出信号。与阵列固定，

5、或阵列可编程。PLD阵列的表示方法PLD阵列的表示方法2.PLAPROM能够实现逻辑函数的最小项表达式，而最小项表达式是一种非常繁琐的与-或表达式，当变量较多时，PROM实现逻辑函数的效率极低。但按最简与-或表达式实现逻辑函数的成本最低，为此人们针对PROM的缺点设计了专门用来实现逻辑电路的可编程器件PLA(ProgrammableLogicArray，可编程逻辑阵列)。PLA的基本结构类似于PROM，但它提供了对逻辑功能处理更有效的方法，它的与阵列和或阵列都可编程。其与阵列可按需要产生任意的与项，因此用PLA可以实现逻

6、辑函数的最简与-或表达式。3.PAL尽管用PLA实现逻辑电路的效率远远高于PROM，但PLA也有不足之处，主要是与阵列和或阵列均采用可编程开关，而可编程开关需占用较多的芯片面积，并会引入较大的信号延时，因此，PLA的结构不利于提高器件的集成度和工作速度。20世纪70年代出现了可编程阵列逻辑PAL。PAL是ProgrammableArrayLogic的缩写，即可编程阵列逻辑。PAL也是PLD的一种，采用“与”、“或”阵列结构，但是与PROM不同，PAL的“或”阵列是固定的，而“与”阵列则是可以编程的。随着VLSI技术的不断

7、发展和提高，允许设计规模较大的“与”阵列。因此PAL为用户对“与”阵列编程带来了很大方便。在逻辑表达式中一般可以简化到几个积项，很少超过8个。所以在PAL中，每一个或门输入最多可以有8个乘积项，这样为用户编程提供了方便。PAL电路的逻辑阵列结构图如图所示。图中，PAL由与阵列和或阵列构成，与阵列是可编程的，采用熔丝编程技术来实现，而或阵列是固定的。用PAL实现逻辑函数的形式是与-或表达式，由于其或阵列采用固定连接，为适应不同函数与-或式中与项数不同的情况，PAL器件中或门的输入端数一般不做成一样，而是有多有少，以适应不同

8、函数的需要。图中所示每个或门的输入端数为4个。PAL阵列结构4.GALGAL是GenericArrayLogic的缩写，即通用可编程阵列逻辑。对应很多简单的数字逻辑，GAL等简单的可编程逻辑器件仍然被大量使用。目前，国内外很多对成本十分敏感的设计都在使用GAL等低成本可编程逻辑器件，越来越多的74系列逻辑电路被GAL