第8章可编程逻辑器件及其编程技术ppt课件.ppt

《第8章可编程逻辑器件及其编程技术ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第8章可编程逻辑器件及其编程技术8.1可编程逻辑器件及EDA技术发展概况8.2可编程逻辑器件的分类8.3阵列型可编程逻辑器件(PLD)8.4单元型可编程逻辑器件(FPGA)8.5可编程逻辑器件的编程设计8.6硬件描述语言(VHDL)习题8.1可编程逻辑器件及EDA技术发展概况可编程逻辑器件（PLD,ProgrammableLogicDevices）可以由用户在开发装置的辅助下，对器件进行编程，使之实现所需的组合或时序逻辑功能。PLD的发展概况如下：1970年制成的PROM是最早出现的PLD器件，主要用作存储器。20世纪70年代中期出现了可编程逻辑阵列（PLA,

2、Programmable[JP]LogicArray），但由于编程复杂而没有得到广泛应用。20世纪70年代末期，美国MMI公司率先推出了可编程阵列逻辑（PAL，ProgrammableArrayLogic）。它输出结构种类多，设计灵活，因此得到了广泛应用。20世纪80年代初,Lattice公司发明了通用阵列逻辑(GAL,GenericArrayLogic）。它比PAL使用更加灵活，得到了广泛应用。20世纪80年代中期,Altera公司推出了一种新型的可擦除、可编程逻辑器件（EPLD,ErasableProgrammableLogicDevice）。它的密度比

3、PAL和GAL高，设计更灵活。1985年，Xilinx公司首家推出了现场可编程门阵列（FPGA，FiledProgrammableGateArray）。它是一种新型的高密度PLD器件，采用CMOS[CD*2]SRAM工艺制作，可以实现在系统编程。20世纪80年代末，Lattice公司提出了在系统可编程（InSystemProgrammable）技术，以后相继出现了一系列复杂可编程逻辑器件(CPLD,ComplexPLD)。20世纪90年代以来，高密度PLD在生产工艺、器件密度、编程和测试技术等方面都有了飞速发展。现在构成大的数字系统仅需要三类“积木块”：微处理

4、器、存储器和可编程逻辑器件。自20世纪70年代可编程逻辑器件问世以来，数字电路的设计方法和手段得到了不断的改进和创新。传统的数字系统设计是通过设计电路板来实现系统功能的，而采用可编程逻辑器件是基于芯片的设计方法。这显然提高了设计的灵活性，大大减少了电路图和电路板设计的工作量，同时，也可以使系统体积小、功耗低，提高系统的性能指标和可靠性。20世纪80年代中期以来，Xilinx、Altera、Lattice等公司相继推出各自的在系统可编[JP2]程逻辑器件和相应的开发软件，这使电子设计自动化（EDA,ElectronicDesignAutomanion）技术有了迅速

5、的发展。EDA技术以计算机为工具，代替设计者完成数字系统的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作，设计者只需要完成对系统功能的描述，就可以由计算机软件进行处理，得到设计结果。EDA技术使电子设计发生了革命性变化。8.2可编程逻辑器件的分类可编程逻辑器件主要有以下3种分类方法。1.按器件密度分类表8.2.1可编程逻辑器件按密度分类2.按结构特点分类目前常用的可编程逻辑器件都是从与或阵列和门阵列发展起来的，所以也可以把可编程逻辑器件分为阵列型PLD和现场可编程门阵列FPGA，又称为阵列型PLD和单元型PLD，如表8.2.2所示。表8.2.2可编程逻辑器件按结构特

6、点分类3.按编程方法分类按编程方法分类，可编程逻辑器件可分为4种，如表8.2.3所示。表8.2.3可编程逻辑器件按编程方法分类上表中，熔丝型编程原理在第7章中已介绍过。由于熔丝元件要留出较大的保护空间，占用芯片的面积较大,而反熔丝元件克服了熔丝元件的缺点，它通过击穿介质来连通线路，实现一次性编程。紫外线擦除、电编程（EPROM、UVCMOS工艺结构）和电擦除、电编程（E2CMOS或快闪存储单元结构）都是基于第7章中介绍过的各种浮栅编程原理。基于SRAM的可编程逻辑器件在每次上电工作时，需要从器件外部的EPROM、E2PROM或其他存储体上将编程信息写入器件内部

7、的SRAM中。这类器件在工作中可以快速进行任意次数的编程，实现板级和系统级的动态配置，因而也称为在线重配置（ICR,InCircuitReconfigruable）的可编程逻辑器件或可重配置硬件。8.3阵列型可编程逻辑器件（PLD）8.3.1PLD电路的表示方法因为PLD器件内部电路的连接规模大，用传统的逻辑电路表示方法很难描述，所以采用了特殊的逻辑符号和简化画法来表示其内部电路。其电路内部基本逻辑符号如图8.3.1所示。而且，还常采用图8.3.2（a）、（b）所示的逻辑符号来表示多输入变量的与逻辑和或逻辑。图中，竖线与乘积线的交叉点表示在生产时用熔丝（或浮栅管

8、）连接，是可编程点。交叉