可编程逻辑器件CPLD硬件知识大全.doc

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1、PLD/CPLD/FPGA硬件结构一、脉冲与数字电路课程的回顾·布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺图）·数字电路设计的基本方法n组合电路设计问题à逻辑关系à真值表à化简à逻辑图n时序电路设计列出原始状态转移图和表à状态优化à状态分配à触发器选型à求解方程式à逻辑图二、脉冲与数字电路课程的回顾·使用中、小规模器件设计电路（74、54系列）n编码器（74LS148）n译码器（74LS154）n比较器（74LS85）n计数器（74LS193）n移位寄存器（74LS194）n………三、脉冲与数字电路课程的回顾·设计方法的局限n卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。n采用“搭积木

2、”的方法的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。n设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。四、数字电路的基本组成·任何组合电路都可表示为其所有输入信号的最小项的和或者最大项的积的形式。·时序电路包含可记忆器件（触发器），其反馈信号和输入信号通过逻辑关系再决定输出信号。五、脉冲与数字电路课程的回顾·采用中小规模器件的局限n电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低－－提高芯片的集成度n设计比较困难－－能方便地发现设计错误n电路修改很麻烦－－提供方便的修改手段·PLD器件的出现改变了这一切六、PLD出现的背景·电路集成度不

3、断提高nSSIàMSIàLSIàVLSI·计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用·设计方法的发展n自下而上à自上而下·用户需要设计自己需要的专用电路n专用集成电路（ASIC－ApplicationSpecificIntegratedCircuits）开发周期长，投入大，风险大n可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小七PLD器件的优点·集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片n极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性·具有完善先进的开发工具n提供语言、图形等设计方法，十分灵活n通过仿真工具来验证设计的正确性·可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级·灵活地定义管

4、脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间·保密性好八、PLD的发展趋势·向高集成度、高速度方向进一步发展n最高集成度已达到400万门·向低电压和低功耗方向发展，5Và3.3Và2.5Và1.8Và更低·内嵌多种功能模块nRAM，ROM，FIFO，DSP，CPU·向数、模混合可编程方向发展九、PLD发展历程·PROM：最早的可编程逻辑器件是1970年出现的PROM，它是由全译码的与阵列和可编程的或阵列组成，其阵列规模大、速度低，主要用途是作为存储器。·PLA：20世纪70年代中期出现了可编程逻辑阵列（PLA，ProgrammableLogicArray）器件，它由可编程的

5、与阵列和可编程的或阵列组成。由于其编程复杂，开发有一定的难度，没有得到广泛的应用。十、PLD发展历程·PAL：20世纪70年代末，推出了可编程阵列逻辑（PAL，ProgrammableArrayLogic）器件，它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，采用熔丝编程方式，双极性工艺制造，器件的工作速度很高。由于它的输出结构种类很多，设计很灵活，因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。·GAL：20世纪80年代初，Lattice公司发明了通用阵列逻辑（GAL，GenericArrayLogic）器件，采用输出逻辑宏单元（OLMC）的形式和EECMOS工艺结构，具有可擦除、

6、可重复编程、数据可长期保存和可重新组合结构等优点。十一、PLD发展历程FPGA：20世纪80年代中期，Xilinx公司提出了现场可编程概念，同时生产出了世界上第一片现场可编程门阵列（FPGA，FieldProgrammableGateArray）器件。它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，内部由许多独立的可编程逻辑年模块组成，逻辑块之间可以灵活地相互连接，具有密度高、编程速度快、设计灵活和可再配置设计能力等许多优点。十二、PLD发展历程·EPLD：同时期，Altera公司推出了EPLD（ErasableProgrammableLogicDevice

7、）器件，它采用CMOS和UVEPROM工艺制作，比GAL器件有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除，但内部互连能力比较弱。·ISP：20世纪80年代末，Lattice公司提出了在系统可编程（ISP，InSystemProgrammable）技术。十三、PLD发展历程·CPLD：CPLD（ComplexPLD）即复杂可编程逻辑器件，是在EPLD的基础上发展起来的，采用EECMOS工艺，增加了内部互连线，改进了内部结构体系，比EPLD性能好，设计更加灵活。·SOPC：20世纪90年代后，器件的可用逻辑门超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模块（如