可编程逻辑器件原理

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1、第1讲可编程逻辑器件原理水声工程学院课程简介《数字电子技术电路》为基础：复习数字电路的基本原理，并与可编程逻辑器件原理相结合。《CPLD/FPGA设计及应用》：面向实际工程应用，紧跟技术发展，掌握数字系统新的设计方法。《数字信号处理》：面向工程信号处理应用的，由FPGA代替DSP来实现算法，提高系统的速度。课程宗旨更新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。可编

2、程逻辑器件的定义逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，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。可编程逻辑器件（PLD－－ProgrammableLogicDevice）：器件的功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻辑功能。课程内容器件为什么能够编程了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理怎样对器件编程熟悉一种EDA软件的使用方法（工具）以Altera公司的QuartusII为例掌握一种硬件描述语言（方法），以设计软件的

3、方式来设计硬件（重点）以VHDL语言为例数字电路课程的回顾布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺图）数字电路设计的基本方法组合电路设计问题逻辑关系真值表化简逻辑图时序电路设计列出原始状态转移图和表状态优化状态分配触发器选型求解方程式逻辑图数字电路课程的回顾使用中、小规模器件设计电路（74、54系列）编码器（74LS138）译码器（74LS154）比较器（74LS85）计数器（74LS193）移位寄存器（74LS194）………数字电路课程的回顾设计方法的局限卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。采用“搭积木”的方法进行设

4、计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。数字电路课程的回顾采用中小规模器件的局限电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低－－提高芯片的集成度设计比较困难－－能方便地发现设计错误电路修改很麻烦－－提供方便的修改手段PLD器件的出现改变了这一切PLD出现的背景电路集成度不断提高SSIMSILSIVLSI计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用设计方法的发展自下而上自上而下用户需要设计自己需要的专用电路专用集成电路（ASIC－ApplicationS

5、pecificIntegratedCircuits）开发周期长，投入大，风险大可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾PLD器件的优点集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性具有完善先进的开发工具提供语言、图形等设计方法，十分灵活通过仿真工具来验证设计的正确性可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间保密性好PLD的发展趋势向高集成度、高速度方向进一步发展最高集成度已

6、达到400万门向低电压和低功耗方向发展，5V3.3V2.5V1.8V更低内嵌多种功能模块RAM，ROM，FIFO，DSP，CPU向数、模混合可编程方向发展PLD器件的分类－－按集成度低密度PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL只能完成较小规模的逻辑电路高密度，已经有超过400万门的器件EPLD,CPLD,FPGA可用于设计大规模的数字系统,集成度高，甚至可以做到SOC（SystemOnaChip）PLD器件的分类－－按结构特点基于与或阵列结构的器件－－阵列型PROM，EEPROM，PAL，GAL，CPLD

7、CPLD的代表芯片如：Altera的MAX系列基于门阵列结构的器件－－单元型FPGAPLD器件的分类－－按编程工艺熔丝或反熔丝编程器件－－Actel的FPGA器件体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温只能一次编程，在设计初期阶段不灵活SRAM－－大多数公司的FPGA器件可反复编程，实现系统功能的动态重构每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序EEPROM－－大多数CPLD器件可反复编程不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大PLD的逻辑符号表示方法与门乘积项PROM结构与阵列为全译码阵列，器件的规模

8、将随着输入信号数量n的增加成2n指数级增长。因此PROM一般只用于数据存储器，不适于实现逻辑函数。EPROM和EEPROM用PROM实现组合逻辑电路功能实现的函数为：固定连接点（与）编程连接点（或）PLA结构PLA的内部结构在简单PL