数字电路第七章答案.doc

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1、第七章可编程逻辑器件PLD第一节基本内容一、基本知识点（一）可编程逻辑器件PLD基本结构可编程逻辑器件PLD是70年代发展起来的新型逻辑器件，相继出现了只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等多个品种，它们的组成和工作原理基本相似。PLD的基本结构由与阵列和或阵列构成。与阵列用来产生有关与项，或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。在数字电路中，任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式，因而用“与门－或门”两级电路可实现任何

2、组合电路，又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。在PLD中，输入电路中为了适应各种输入情况，每一个输入信号都配有一缓冲电路，使其具有足够的驱动能力，同时产生原变量和反变量输出，为与门阵列提供互补信号输入。输出电路的输出方式有多种，可以由或阵列直接输出，构成组合方式输出，也可以通过寄存器输出，构成时序方式输出。输出既可以是低电平有效，也可以是高电平有效；既可以直接接外部电路，也可以反馈到输入与阵列，由此可见PLD的输出电路根据不同的可编程逻辑器件有

3、所不同。（二）可编程逻辑器件分类1.按编程部位分类PLD有着大致相同的基本结构，根据与阵列和或阵列是否可编程，分为三种基本类型：（1）与阵列固定，或阵列可编程（2）与或阵列均可编程（3）与阵列可编程，或阵列固定归纳上述PLD的结构特点，列于表7-1。表7-1各种PLD的结构特点类型阵列输出方式与或PROMPLAPALGAL固定可编程可编程可编程可编程可编程固定固定TS,OCTS,OC,H,LTS,I/O,寄存器用户定义2.按编程方式分类（1）掩膜编程（2）熔丝与反熔丝编程（3）紫外线擦除、电可编程（4）电擦除、电可编程

4、（5）在系统编程（Isp）（三）高密度可编程逻辑器件HDPLD289通常衡量可编程逻辑器件芯片的密度是以芯片能容纳等效逻辑门的数量，一般是以2000为界限，即芯片容纳等效逻辑门小于2000门，称它为低密度可编程逻辑器件或简单的可编程逻辑器件（SPLD），若大于2000等效逻辑门，称为高密度可编程逻辑器件（HDPLD）。在前面按编程部位分类可编程逻辑器件中提及的通用阵列逻辑（GAL）的等效逻辑门一般不超过2000门，习惯上称其为低密度可编程逻辑器件。通用阵列逻辑GAL是在PAL基础上发展起来的一种具有较高可靠性和灵活性的

5、新型可编程逻辑器件，它采用E2CMOS工艺和灵活的输出结构，能将数片中小规模集成电路集成在芯片内部，并具有电擦写反复编程的特性。在基本阵列结构上仍是与阵列可编程，或阵列固定的结构。GAL在输出结构配置了8个可以任意组态的输出逻辑宏单元OLMC（OutputLogicMacroCell），适当地为输出逻辑宏单元进行编程组态，GAL就可以在功能上代替编程阵列逻辑PAL。输出逻辑宏单元OLMC由或门、异或门、D触发器、多路选择器MUX、时钟控制、使能控制和编程元件等组成。高密度可编程逻辑器件HDPLD（HighDensity

6、ProgrammableLogicDevice）从芯片密度上有了很大的改进，单片芯片内可以集成成千上万个等效逻辑门，因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。HDPLD器件在结构上仍延续GAL的结构原理，因而还是电擦写、电编程的EPLD器件。（四）现场可编程逻辑器件FPGA可编程逻辑器件基本组成是与阵列、或阵列和输出电路。对这些基本组成电路进行编程就可以实现任何积之和的逻辑函数，再加上触发器则可实现时序电路。现场可编程门阵列的编程单元是基于静态存储器（SRAM）结构，不像PLD那样受结构的限制，它可以靠

7、门与门的连接来实现任何复杂的逻辑电路，更适合实现多级逻辑功能。现场可编程门阵列FPGA与HDPLD相比较特点如下：（1）FPGA的编程单元是基于SRAM结构，可以无限次编程，它为易失性元件，掉电后芯片内信息丢失。通电之后，要为FPGA重新配置逻辑。（2）FPGA中实现逻辑功能的CLB比HDPLD实现逻辑功能的OLMC规模小，制作一个OLMC的面积可以制作多个CLB，因而FPGA内的触发器要多于HDPLD的触发器，使得FPGA在实现时序电路时要强于HDPLD。（3）HDPLD的信号汇总于编程内连矩阵，然后分配到各个宏单元

8、，因此信号通路固定，系统速度可以预测。而FPGA的内连线是分布在CLB周围，而且编程的种类和编程点很多，使得布线相当灵活。（4）由于FPGA的CLB规模小，可分为两个独立的电路，又有丰富的连线，所以系统综合时可进行充分的优化，以达到逻辑最高的利用。（五）随机存取存储器RAM随机存取是指可以随时将数据存入(称写入),和取出（称读出）