EDA技术与应用 教学课件 作者 陈海宴第2章 可编程逻辑器件基础.ppt

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1、第2章可编程逻辑器件基础2.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件PLD是一种已经封装好，具有一定连线结构的全功能标准电路，可以由用户编程或配置实现所需逻辑功能。在计算机硬件、工业控制、智能仪表、数字视听设备、家用电器等领域得到了广泛的应用。目前生产大规模可编程逻辑器件的厂商主要有Altera、Xilinx、Lattice和Actel等公司，产品各有特点，2.1.1可编程逻辑器件发展过程20世纪70年代中期出现了可编程逻辑阵列PLA，PLA在结构上由可编程的与阵列和可编程的或阵列构成，阵列规模小，编程也比较繁琐。20世纪80年代初，美国的Lattice公司发明了通用阵列逻辑G

2、AL。GAL器件采用了输出逻辑宏单元（OLMC）的结构和E2PROM工艺，具有可编程、可擦写、可长期保持数据的优点，使用方便，所以GAL得到了更为广泛的应用。20世纪80年代中期，Altera公司推出了一种新型的可擦除、可编程的逻辑器件EPLD，EPLD采用CMOS、SRAM和UVEP-ROM工艺制成，集成度更高，设计也更灵活，但它的内部连线功能较弱。1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程门阵列FPGA，这是一种采用单元型结构的新型PLD器件。复杂可编程逻辑器件CPLD，是从EPLD改进而来，采用E2PROM工艺制作。PLD器件正处在不断发展和变革的过程中。2.

3、1.2可编程逻辑器件的分类1、依据可编程逻辑器件的集成度分类2、依据可编程逻辑器件内部互连结构分类可以分为CPLD和FPGA。CPLD的内部互连资源由固定长度的连线资源组成，布线资源确定，因此器件的定时特性通常可以从数据手册上查阅，属于确定型结构。由于任意组合逻辑都可以用“与-或”表达式描述，所以阵列型结构能实现大量的组合逻辑功能。FPGA内部互连结构由多种不同长度的连线资源组成，布线不同，则延时不同，属于统计型结构。其逻辑单元主要是由SRAM构成的函数发生器，即查找表LUT（LookUpTable），通过查找表来实现逻辑函数功能。3、依据可编程特性分类可编程逻辑器件的编

4、程特性分为一次性编程OTP（OneTimeProgrammable）和可多次编程MTP（ManyTimeProgrammable）。4、依据可编程器件的编程元件分类可编程逻辑器件的编程元件通常可以分为四类：采用一次性编程的熔丝或反熔丝元件的可编程器件，如PROM和PAL；采用电可写紫外线擦除元件的可多次编程器件如EPROM和部分FPGA；采用电可写电擦除编程元件即EEPROM和Flash结构的可多次编程器件，包括GAL、ispLSI和部分FPGA；基于静态存储器SRAM结构的可多次编程器件，主要是多数的FPGA器件。CPLD主要是基于EEPROM或Flash存储器编程，又

5、可分为在编程器上编程和在系统编程两类。2.2PROM、PLA、PAL和GAL基本结构2.2.1逻辑电路符号的表示方法在PLD电路设计中，逻辑电路符号的表示方法与传统电路中有所不同。如图2.2.1所示是PLD电路中最简单和常用的输入互补缓冲器电路符号，输入信号A经过输入缓冲电路后，提供原变量A和反变量。图2.2.2是电路中的不同连接表示方法，（a）表示不连接，（b）表示固定连接，（c）表示编程连接。图2.2.3与门的表示方法，A、B、C、D表示与门的输入信号，其中信号A是固定连接，C是编程连接，F是输出信号，图2.2.4表示的逻辑功能是F=A·C；图2-4是或门的表示方法，

6、信号A是固定连接，B、D是编程连接，F是输出信号，图2-4表示的逻辑功能是F=A+B+D。2.2.2PLD器件的基本结构PLD器件的基本结构是由与阵列、或阵列、输入电路和输出电路组成，如图2.2.5所示。2.2.3PROM的基本结构最早的PLD器件是20世纪70年代初出现的可编程只读存储器PROM、紫外线可擦除只读存储器EPROM和电可擦除只读存储器EEPROM。其逻辑阵列如图2.2.6所示。I0，I1，I2是输入信号，经过输入缓冲电路，产生互补信号。PROM的“与”门阵列固定，8个“与”门分别产生I0，I1，I2最小项。PROM的“或”门阵列可以编程，选择需要的最小项进

7、行“或”运算。经过编程的PROM结构如图2.2.7所示。2.2.4PLA的基本结构可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)，阵列结构如图2.2.8所示。PLA的与阵列和或阵列都可以编程，使用时需要逻辑函数的最简“与或”表达式。2.2.5PAL和GAL的基本结构可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic)和通用阵列逻辑GAL(GenericArrayLogic)。（1）PAL和GAL器件的逻辑阵列结构相同，如图2.2.9所示。PAL与GAL的与门阵列可编程，或门阵列固定，送到或