电子技术基础电工学Ⅱ 教学课件 作者 李春茂 第14章 可编程逻辑器件.ppt

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1、第14章可编程逻辑器件14.1概述14.2PAL和GAL14.3CPLD和FPGA14.4ISP技术与ISP器件本章要介绍的可编程逻辑器件属于用户更改其逻辑功能的现场片它使用起来十分灵活方便14.1概述14.1.1PLD的发展历程可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevice）是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件PLD广泛用于自动控制、智能仪表、数字电子等领域可编程逻辑器件在历史上经历了：熔丝编程的PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)、PLA(ProgrammableLogicArray)、PAL(Programma

2、bleArrayLogic)、80年代初的可重复编程的GAL(GenericArrayLogic)、到80年代中后期采用大规模集成电路技术的EPLD、CPLD和FPGA14.1.2PLD的分类1．按集成度分类图14－1按集成度分类2．PLD的内部结构分类它可分为两大类：乘积项机构器件和查表结构器件3．按编程工艺分类(1)熔丝结构型器件，编程后无法修改，如：早期的PROM就属于这类结构图14-2熔丝编程PROM示意图用MOS工艺制造的PROM图14-3PN结击穿法编程的PROM（2）EPROM型EPROM（ErasableProgrammableROM）是紫外线擦除电可编程的逻

3、辑器件，它用较高的编程电压进行编程，当需要再次编程时，用紫外线照射进行擦除图14-4EPROM紫外线擦除电可编程的逻辑器件浮栅雪崩注入型MOS管为存储单元的EPROM：（3）EEPROM型EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM)也可写成,是电可擦写可编程逻辑器件，它对EPROM工艺进行改造进，不需要紫外线擦除，而直接用电擦除的存储元是一个具有两个栅极的NMOS管，如图14－5（a）、（b）所示：图14-5（4）RAM型这是基于SRAM查找表结构的器件，大部分的FPGA器件都采用此种编程工艺特点：在编程速度、编程要求上优于前三种，不

4、过SRAM型器件的编程信息存放在RAM种，断电后会丢失，再次上电后需要再次编程14.1.3PLD的基本结构简单PLD结构如图14－6所示，其主体正是由门构成的与（线与）阵列和或阵列，逻辑函数由它们实现。图14－6基本PLD器件的原理结构图与阵列的每个输入端都有输入缓存电路，如图14－7所示产生原变量和反变量两个互补信号图14－7PLD输入缓冲电路14.2PAL和GALPLD内部基本结构中逻辑符号的画法和约定图14-8交叉点的连接方式图14-9PLD与门、或门的画法编程与门的表示也可以采用如图14－10所示的方法图14－10编程与门的表示14.2.1PLA的应用与原理1.PLA

5、的结构PAL（ProgrammableArrayLogic）的品种很多，PAL16L8和PAL16R8是典型的两种图14-11PAL16L8逻辑图PAL16L8属于组合型PAL，其每个输出相应与图14－12所示的结构图14-12异步I/O（组合）输出结构图14－13所示是另一类PAL的输出结构，或门后面是一个上升沿的D触发器，触发器的反相输出端通过缓冲电路反馈到与阵列：图14-13寄存器输出结构PAL16R8就是8个图14－13结构构成的PAL除了以上输出结构外，还有异步输出PAL，算术选通反馈PAL等2.PAL的应用[例14－1]用PAL器件实现一个一位全加器和一位全减器。

6、[解]全加器的输入变量有三个：被加数An加数Bn低位的进位Cn-1;输出变量有两个：全加和数Sn向高位的进位为Cn全减器的输出变量有三个：被减数Dn、减数En低位的借位数Fn-1输出变量有两个：差数Gn、向高位的借位Fn:全加器与全减器的真值表如表14－1所示:00000000000011000111010100101101101011011001010010101011010011001110001111111111表14－1全加器与全减器的真值表图14-14PAL16R8逻辑图逻辑功能的描述①（1）根据真值表写出各输出量的逻辑表达式并化简，得到最简与或表达式位：（2）输入

7、端共有6个，输出端4个，高电平有效，属组合逻辑电路，每个输出有3～4个乘积项。选合适的PAL芯片②图14-15用PAL14H4实现的全加器/全减器逻辑图3.PAL器件的特点及缺陷与SSI(SmallScaleIntegratedCircuit)、MSI(MediumScaleIntegratedCircuit)标准产品相比，PAL器件在以下几个方面显示出优越性：(1).提高了功能密度，节省了空间，提高了速度。(2).使用方便，提高了设计的灵活性。(3)通过对加密位编程，可实现加密功能，防止非法复制。(4