数字电子技术第十章

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1、第10章可编程逻辑器件及应用10.1概述10.2可编程阵列逻辑（PAL）10.3通用阵列逻辑（GAL）10.4PLD器件的应用开发简介10.1概述可编程逻辑器件(PLD)是20世纪80年代发展起来的一种通用的可编程的数字逻辑电路。它是一种标准化、通用的数字电路器件，集门电路、触发器、多路选择开关、三态门等器件和电路连线于一身。PLD使用起来灵活方便，可以根据逻辑要求设定输入与输出之间的关系，也就是说PLD是一种由用户配置某种逻辑功能的器件。PLD在制造工艺上，采用过TTL、CMOS、ECL、静态RAM等技术，器件类型有PROM、E

2、PROM、PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等。作为一种理想的设计工具，PLD具有通用标准器件和半定制电路的许多优点，给数字系统设计者带来很多方便。下一页返回10.1概述其优点如下：(1)简化设计。(2)高性能。(3)可靠性高。(4)成本下降。(5)硬件加密。10.1.1PLD器件的基本结构目前常用的可编程逻辑器件都是从与阵列和或阵列两类基本结构发展起来的，所以从结构上可分为两大类器件：PLD器件和FPGA器件。PLD通过修改内部电路的逻辑功能来编程，FPGA通过改变内部连线来编程。上一页下一页返回10

3、.1概述PLD是一种可由用户编程的逻辑器件，大多数标准的PLD器件是由两种逻辑门阵列（与阵列和或阵列）组成的。PLD的每个输出都是输入“乘积和”的函数。PLD的基本结构框图如图10-1所示。PLD的早期产品有PROM、PLA、PAL、GAL等4种结构。10.1.2PLD器件的分类及特点1.PROM结构PROM是由固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列组成的，如图10-6所示。与阵列为全译码方式，当输入为I1～In时，与阵列的输出为n个输入变量可能组合的全部最小项，即2n个最小项。或阵列是可编程的，如果PROM有m输出，则包含有m个可编

4、程的或门，每个或门有2n个输入可供选用，由用户编程来选定。所以，在PROM的输出端，输出表达式是最小项之和的标准与或式。上一页下一页返回10.1概述无论ROM、PROM、EPROM还是E2PROM，其功能是作“读”操作。所以ROM主要是作存储器。2.PLA（ProgrammableLogicArray）结构在ROM中，与阵列是全译码方式，其输出产生n个输入的全部最小项。对于大多数逻辑函数而言，并不需要使用输入变量的全部乘积项，有许多乘积项是没用的，尤其当函数包含较多的约束项时，许多乘积项是不可能出现的,这样,由于不能充分利用ROM

5、的与阵列从而会造成硬件的浪费。PLA是处理逻辑函数的一种更有效的方法，其结构与ROM类似，但它的与阵列是可编程的，且不是全译码方式而是部分译码方式，只产生函数所需要的乘积项。或阵列也是可编程的，它选择所需要的乘积项来完成或功能。在PLA的输出端产生的逻辑函数是简化的与或表达式。图10-7为PLA结构。PLA规模比ROM小，工作速度快，当输出函数包含较多的公共项时，使用PLA更为节省硬件。上一页下一页返回10.1概述3.PAL(ProgrammableArrayLogic)结构PAL是在ROM和PLA基础上发展起来的，它同ROM

6、和PLA一样都采用“阵列逻辑”技术。在阵列逻辑中，既要求有规则的阵列结构，又要求实现灵活多样的逻辑功能，同时还要求编程简单，易于实现。PAL是为适应这种要求而产生的。它比PROM灵活，便于完成多种逻辑功能，同时又比PLA工艺简单，易于编程和实现。PAL的基本结构由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，如图10-8所示。这种结构形式为实现大部分逻辑函数提供了最有效的方法。PAL每一个输出包含的乘积项数目是由固定连接的或阵列提供的，一般函数包含3至4个乘积项，而PAL可提供7至8个乘积项的与或输出。该输出通过触发器送给输出缓冲器，同时也可以

7、将状态反馈回与阵列。这种反馈功能使PAL器件具有记忆功能，既可以记忆先前的状态，又可以改变功能状态，因此PAL器件可以构成状态时序机，实现加、减计算及移位、分支操作等。上一页下一页返回10.1概述4.GAL(GenericArrayLogic)结构GAL结构与PAL相同，由可编程的与阵列去驱动一个固定的或阵列，其差别在于输出结构不同。PAL的输出是一个有记忆功能的D触发器，而GAL器件的每一个输出端都有一个可组态的输出逻辑宏单元OLMC（OutputLogicacrocells）。由于输出具有可编程的逻辑宏单元，可以由用户定义所需

8、的输出状态,因此GAL成为各种PLD器件的理想产品。GAL采用高速的电可擦除的E2CMOS工艺，具有速度快、功耗低、集成度高等特点。目前，市场上供应较多的是GAL16V8、GAL20V8，GAL22V10。上述4种结构的分类列于表10