数字电路与系统设计课件5.ppt

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1、第5章可编程逻辑器件5.1可编程逻辑器件概述5.2简单可编程逻辑器件5.3高密度可编程逻辑器件HDPLD5.4PLD的编程与测试在数字系统的设计中，主要有三类基本器件可供选用，它们是：①中、小规模标准逻辑模块，如在前面章节中介绍的74系列及其改进系列、CD4000系列、74HC系列等。②微处理器（Microprocessor）。③专用集成电路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）。5.1可编程逻辑器件概述5.1.1PLD的发展简史20世纪70年代，熔丝编程的

2、PROM（ProgrammableReadOnlyMemory）和PLA（ProgrammableLogicArray）是最早出现的可编程逻辑器件。20世纪70年代末，AMD公司推出了PAL（ProgrammableArrayLogic）器件。20世纪80年代初，Lattice公司首先生产出了可电擦写的、比PAL使用更灵活的GAL（GenericArrayLogic）器件。20世纪80年代中期，Xilinx公司提出了现场可编程的概念，同时生产出了世界上第一片FPGA（FieldProgrammableGat

3、eArray）器件。同一时期，Altera公司推出了EPLD（ErasablePLD），它比GAL具有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除。20世纪80年代末，Lattice公司又提出了在系统可编程ISP（InSystemProgrammability）的概念，并推出了一系列具有在系统可编程能力的CPLD（ComplexPLD）器件。此后，其它PLD生产厂家都相继采用了ISP技术。进入20世纪90年代后，可编程逻辑器件的发展十分迅速。主要表现为三个方面：一是规模越来越大；二是速度越来越高；三是电路结构越来越灵活

4、，电路资源更加丰富。目前已经有集成度在300万门以上、系统频率为100MHz以上的PLD供用户使用，在有些可编程逻辑器件中还集成了微处理器、数字信号处理单元和存储器等。这样，一个完整的数字系统甚至仅用一片可编程逻辑器件就可实现，即所谓的片上系统SOC（SystemOnChip）。5.1.2PLD的分类1．按集成度分类集成度是集成电路一项很重要的指标，按照集成度可以将可编程逻辑器件分为两类：①低密度可编程逻辑器件LDPLD（LowDensityPLD）。②高密度可编程逻辑器件HDPLD（HighDensity

5、PLD）。一般以芯片GAL22V10的容量来区分LDPLD和HDPLD。不同制造厂家生产的GAL22V10的密度略有差别，大致在500～750门之间。如果按照这个标准，PROM、PLA、PAL和GAL器件属于LDPLD，EPLD、CPLD和FPGA器件则属于HDPLD。2．按基本结构分类目前常用的可编程逻辑器件都是从与-或阵列和门阵列两种基本结构发展起来的，所以可以从结构上将其分成两大类器件：PLD器件和FPGA器件。这种分类方法将基本结构为与-或阵列的器件称为PLD器件，将基本结构为门阵列的器件称为FPGA

6、器件。LDPLD（PROM、PLA、PAL、GAL）、EPLD、CPLD的基本结构都是与-或阵列，FPGA则是一种门阵列结构。3．按编程工艺分类所谓编程工艺，是指在可编程逻辑器件中可编程元件的类型。按照这个标准，可编程逻辑器件又可分成五类：①熔丝（Fuse）或反熔丝（AntiFuse）编程器件。PROM、Xilinx的XC8100系列FPGA和Actel的FPGA等采用熔丝或反熔丝作为编程元件。②UVEPROM编程器件，即紫外线擦除/电气编程器件。Altera的Classic系列和MAX5000系列EPL

7、D采用的就是这种编程工艺。③E2PROM编程器件，即电可擦写编程器件。Altera的MAX7000系列和MAX9000系列以及Lattice的GAL器件、ispLSI系列CPLD都属于这一类器件。④FlashMemory（闪速存储器）编程器件。Atmel的部分低密度PLD、Xilinx的XC9500系列CPLD采用这种编程工艺。⑤SRAM编程器件。如：Xilinx的FPGA（除XC8100系列）和Altera的FPGA（FLEX系列、APEX系列）均采用这种编程工艺。对于第①～④类可编程逻辑器件，它们在编程后

8、，编程数据就保持在器件上，故将它们称为非易失性器件；而对于第⑤类可编程逻辑器件，存储在SRAM中的配置数据在掉电后会丢失，在每次上电后都要重新进行配置，因此将这类器件称为易失性器件。由于熔丝或反熔丝编程器件只能编程一次，所以又将这类器件称为一次性编程器件，即OTP（OneTimeProgrammable）器件，其它各类器件均可以多次编程。除以上三种分类方法外，可编程逻辑