数字逻辑基础 管庶安 第06章

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1、第6章可编程逻辑器件及开发6.1可编程逻辑器件概述6.2逻辑可编程的基本原理6.3MAX7000系列CPLD的结构6.4PLD开发技术6.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice):一种半用户定制集成电路。即设计者能将自己设计的逻辑功能配置到其中，特别适合产品开发期内使用。按编程的方式分类：一次性编程OTP（OneTimeProgrammable）器件。只允许对器件编程一次，编程后不得修改。特点是集成度和可靠性高，适用于小批量产品；多次编程器件。允许对编程后的芯片进行擦除、再编程。适用于开发研制阶段或小批量产品。按配置信息存储方式分

2、类：CPLD：复杂可编程逻辑器件（ComplexPLD）用EEROM存储配置信息。高密度、高速度、低功耗，能反复多次电擦除编程，价格低廉，但逻辑规模不及FPGA；FPGA：现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray）用静态存储器（SRAM）存储配置信息。更高密度、更高速度，逻辑规模极大。不存在擦除问题，但断电后信息会丢失。需在上电时从片外ROM读入逻辑配置信息。本章以Altera公司的MAX7000系列器件为例，讨论CPLD的结构及开发技术。6.2逻辑可编程的基本原理6.2.1组合逻辑可编程的基本原理目的：用一种通用的电路结构，来实现任意组合逻辑函数例

3、：F=AB+AC+BC。最小项之和表示为：用与阵列实现F，如图。G1~G3：能同时输出原变量和反变量的输入缓冲器；G4~G7：多输入端与门，分别产生F的四个最小项。×：表示竖线提供的变量参加“与”运算。PLD中的与运算表示法PLD中的或运算的表示方法：竖线：表示或门的多输入端；横线：提供参加“或”运算的量；交叉处：可编程点。如图，用与—或阵列实现函数：可编程点：横线与竖线交叉处为可编程点。如果希望某逻辑量参加运算，则标上“×”；如果不让该逻辑量参加与运算，则不加任何标记，如果器件制造时已被固定让对应的逻辑量参加运算，则标有实心点“·”，用户不能对这样的点编程。PLD中与－或阵列的

4、有两种简化画法，见下图。（1）省略与门和非门符号，将与阵列画在左恻，或阵列画在右恻。（2）省略与门和非门符号，将与阵列画在上面，或阵列画在下面。（1）（2）图(a)中的小圆圈中为可编程点。功能：使x线上的逻辑量能传到（或不能传到）y线上。原理：图见(b)。若浮栅MOS管导通——x=1时，开关MOS管导通，y=1。x=0时，开关MOS管截止，y=0。若浮栅MOS管截止，x不能传到y。使浮栅MOS管导通：编程写入1。使浮栅MOS管截止：电擦除。6.2.2可编程点的工作原理x能否传到y，取决于浮栅MOS管是否导通。6.2.3时序逻辑可编程的基本原理时序逻辑可编程：用户通过编程，使器件实

5、现所需的时序逻辑功能。构成：在与或阵列基础上增加触发器。工作原理：由图可得，触发器的激励为：即：激励是各个输入变量和状态变量的函数。这正是时序逻辑。在此基础上进一步完善功能，形成CPLD中的“宏单元”。6.3MAX7000系列CPLD的结构各功能块介绍：逻辑阵列块LAB。每个LAB由16个宏单元组成，能满足需要16个触发器的逻辑功能。可编程连线阵列PIAPIA：全局总线，汇集了全部I/O、专用输入、宏单元的输出。可编程：通过编程可以让其到达（或不让其到达）LAB中的指定位置。输出、输入控制块IOB对外引出各宏单元需要的输入、输出。如：触发器输出、使能端等；按用户需要，将管脚配置为

6、与各宏单元的某个输入或输出连接。配置信息来自于用户的编程信息。配置信息要使CPLD实现用户希望的逻辑功能，需要大量的配置信息。配置信息的内容取决于设计者所设计的逻辑功能。利用设计工具完成设计，生成的编程文件中含有配置信息。借助设计工具的编程功能，将这些信息下载到器件的可编程点中。6.4PLD开发技术开发目的：将PLD器件开发成满足设计要求、可投入实际运行的器件。开发工具：软件工具。本节介绍MAX+plusII开发PLD器件的全过程。6.4.1PLD器件的开发过程输入设计源文件编译时序仿真定时分析器件编程1.输入设计源文件设计源文件：描述电路逻辑功能的文件、仿真通道文件。设计源文件

7、的形式：图形方式——电路原理图；文本方式——硬件描述源程序（HDL）。编译之前对器件的一些设置：选择器件系列与型号；保密位设置；管脚分配。编译结果：主要生成如下文件——功能仿真网络表文件（.snf），用于软仿真；编程目标文件（.pof），用于器件编程；编译信息文件（.mtf），报告编译信息，如设计错误、器件适配等。2.编译3.时序仿真与综合时序仿真定时分析分析所设计的项目在工作速度上的有关参数——延迟矩阵分析（DelayMatrix）：分析信号源到指定节点的延迟时间；建立保持矩阵