第3章_FPGA结构与应用ppt课件.ppt

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1、第3章FPGA／CPLD结构与应用FPGA-FieldProgrammableGateArrayCPLD-ComplexProgrammableLogicDevice3.1概述与非门数字电路是由基本门电路构成3线－8线译码器74LS138组合电路任何组合逻辑函数都可以化为与-或表达式时序电路74161同步二进制加法计数器3.1概述图3-1基本PLD器件的原理结构图3.1.1可编程逻辑器件的发展历程70年代80年代90年代PROM和PLA器件改进的PLA器件PALGAL器件FPGA器件EPLD器件CPLD器件内嵌复杂功能模块的SoPC3.1.2可编程逻辑器件的分类按集成度

2、(PLD)分类从结构上分为两类：乘积项结构器件查找表结构器件从编程工艺上分类：熔丝型器件反熔丝型器件EPROM型EEPROM型SRAM型字线位线VCCOTP器件3.2简单PLD原理3.2.1电路符号表示图3-3常用逻辑门符号与现有国标符号的对照3.2.1电路符号表示图3-4PLD的互补缓冲器图3-5PLD的互补输入图3-6PLD中与阵列表示图3-7PLD中或阵列的表示图3-8阵列线连接表示3.2.2PROM（只读存储器，PLD）图3-9PROM基本结构：其逻辑函数是：可以看成与阵列3.2.2PROM图3-10PROM的逻辑阵列结构逻辑函数表示：可以看成或阵列3.2.2P

3、ROM图3-11PROM表达的PLD图阵列图3-12用PROM完成半加器逻辑阵列3.2.3PLA图3-13PLA逻辑阵列示意图3.2.3PLA图3-14PLA与PROM的比较3.2.4PAL图3-15PAL结构：图3-16PAL的常用表示：3.2.4PAL图3-17一种PAL16V8的部分结构图3.2.5GAL首次采用EEPROM系列，解决一次可编程问题。与阵列可编程、或阵列固定GAL：GeneralArrayLogicDevice逻辑宏单元输入/输出口输入口时钟信号输入三态控制可编程与阵列固定或阵列GAL16V83.2.5GAL图3-19寄存器输出结构图3-20寄存器

4、模式组合双向输出结构寄存器模式3.2.5GAL图3-21组合输出双向结构图3-22复合型组合输出结构复合模式3.2.5GAL图3-23反馈输入结构图3-24输出反馈结构简单模式3.2.5GAL图3-25简单模式输出结构TTL反相器：与非门或非门3.3CPLD结构与工作原理简单PLD器件被取代的原因：MAX7000包含32-256个宏单元每16个宏单元组成一个LABMAX7000结构组成：LAB、宏单元、扩展乘积项、PIA、I/O控制块3.3CPLD结构与工作原理逻辑阵列PRNCLRNENA全局清零共享逻辑扩展项清零时钟清零选择寄存器旁路并行扩展项通往I/O模块通往PIA

5、乘积项选择矩阵来自I/O引脚全局时钟QDEN来自PIA的36个信号快速输入选择2图3-26MAX7000系列的单个宏单元结构3.3CPLD结构与工作原理(1)逻辑阵列块(LAB)图3-27MAX7128S的结构3.3CPLD结构与工作原理(2)宏单元(3)扩展乘积项图3-28共享扩展乘积项结构图3-29并联扩展项馈送方式3.3CPLD结构与工作原理(4)可编程连线阵列PIA不同的LAB通过在可编程连线阵列(PIA)上布线，以相互连接构成所需的逻辑。图3-30PIA信号布线到LAB的方式(5)I/O控制块图3-31-EPM7128S器件的I/O控制块ISP功能提高设计和应

6、用的灵活性允许现场硬件升级迅速方便地提升功能未编程前先焊接安装系统内编程--ISP在系统现场重编程修改CPLD下载方式CPLDisp--IN-SYSTEM-PROGRAMMERBALE此接口既可作编程下载口，也可作JTAG接口ALTERA的ByteBlaster（MV）下载接口3.4FPGA结构与工作原理3.4.1查找表图3-33FPGA查找表单元内部结构FPGA查找表单元C0C1C2C3F00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110AB/(A+B)AB+/A/B/ABB/A/A+BA

7、/BABA+/B/AB+A/BA+B/A+/B1C0C1C2C3是编程控制信号A和B是两个输入变量一个N输入查找表(LUT，LookUpTable)可以实现N个输入变量的任何逻辑功能，如N输入“与”、N输入“异或”等。输入多于N个的函数、方程必须分开用几个查找表（LUT）实现输出查找表黑盒子输入1输入2输入3输入4什么是查找表?基于查找表的结构模块3.4.2FLEX10K系列器件构成：EAB、LAB、FastTrack、I/O单元3.4.2FLEX10K系列器件FLEX10K内部结构...IOCIOCIOCIOC......IOCIOC.