数字电路基础_D06-02可编程逻辑器件简介

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1、6.2可编程逻辑器件简介随着微电了技术的发展，逻辑器件也在千变力•化，数字集成电路产品的种类很多，可将它们分为如下三种类型：•标准器件(SSI/MSI逻辑器件),如TTL工艺的54/74系列的逻辑门、触发器、计数器和寄存器等；•可编程控制器，指各种微处理器(CPU)和单片微型计算机芯片等；•专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC),指应特定用户要求或特定电了系统的需要而设计、制造的集成电路。可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevices,PLD)是ASIC产品中的一

2、个重要分支。用户通过编程，可定义其逻辑功能，进而实现各种设计要求的集成电路芯片，同时PLD具有很高的速度和可靠性。近年來高密度、人规模町编程逻緝器件发展迅速，己获得广泛的应用。可编程逻辑器件(PLD)按照结构的复杂程度及原理不同大致分为如下三类：•简单可编程逻辑器件(SPED):•复杂可编程逻辑器件(CP1D)；•现场可编程门阵列(FPGA)o简单可编程逻辑器件(SPLD)由与阵列和或阵列纟R成，能够有效地实现布尔逻辑函数的“积Z和”形式。我们将要分析其不同的型式一PROM、PLA、PAL、GALoSPLD其规模较小，通常只有数百门，难于实

3、现复杂的逻辑功能。复杂可编程逻辑器件(CPLD)是为了增加SPED的密度，扩充英功能而发展起來的。一般具有可重复编程特性，实现工艺有EPROM技术、闪速EPROM和EPROM技术。川固定长度的金属线实现逻辑单元之间的互连。保证了CPLD的高性能。CPLD的集成度可达到数万I'Jo可以实现大规模的电路集成。现场可编程门阵列(FPGA)。是为传统的PLD不同的一类可编程器件。由逻辑功能块排列阵列组成。并nJ'rhnJ"编程的互连资源连接这些逻辑功能块实现所需要的设计。FPGA可以实现较大归模的电路集成，功能更强，设计的灵活性更人。6.2.1PL

4、D器件的基本结构图6-2-1给出了PLD的结构方框图。一般由与阵列、或阵列、输入电路、输出电路等部分组成。通过对与阵列和或阵列的编程，可以实现不同的逻辑功能。输入数据输入电路输入项输出电路输出数据反馈图6-2-1PLD结构框图6.2.2PI」)器件的逻辑表示1.输入/输出缓冲器的逻辑表示图6-2-2示出了冇互补输出和三态输出两种形式。（a）互补输出（b）三态输出图6-2-2输人/输出缓冲器的逻辑表示2.阵列交叉点的逻辑表示阵列交叉点的连接方法如图6-2-3所示其中的实点连接表示永久连接，称为锁线连接。不可编程。在交义点上用符号x连接表示编程

5、连接，是可编程的。被编程单元在熔丝工艺的PLD屮，符号X表示熔丝接通（熔丝末被熔断）。在E2CMOSI艺的PLD'p,接通对应着一个基木开关单元的导通状态；阵列交义点上既无实点，乂无符号X表示称为开断单元。两线不连接，对应于熔丝熔断或一个基木开关单元的截止状态,硬线连接被编程（接通）单元开斷单元图6・2・3阵列交叉点的连接方式3.与门和或门的腹辑表示与门和或门是PLD屮的基本逻辑单元，其在PLD屮的逻辑表示如图6-2-4所示。输入项ABC"H+c(a)与门表示法积项输入项ABC积项D(b)或门表示法图6-2-4基本逻辑单元的PI」)表

6、示4.与门的缺省状态图6-2-5示出了与门的缺省状态。当输人缓冲器的互补输出同时接到某一个与门吋，该少门的输出总为0,图6-2-5中D=0,这种状态称为为门的缺省状态。为了方便，在与门符号中画X,代表与门的缺省状态。如图6-2-5中E=0,表示输入缓冲器的互补输出同时接到输岀为E的与门。输出为F的与门阵列交叉点没有连接，即输入项都不接通，输入端“悬浮到逻辑L输出F恒为1。图6-2-5的真值表如表6-2-1表6-2-1图6-2-5的真值表输入输出ABDEF000010100110001.11001