无敌CPLD课件 复杂可编程器件.ppt

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1、PLD基本原理与基本结构PLD器件的分类PLD中的编程元件PROM的结构和特点PLA的结构和特点PAL的结构和特点GAL的结构和特点PLD器件的编程方法与应用第二章可编程逻辑器件基础数字电路知识要点数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。构成组合逻辑电路的基本电路元件是“与门”电路、“或门”电路和“非门”电路。任何组合逻辑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。时序逻辑电路则是在组合逻辑电路的基础上，加上存储与反馈电路而得到。时序逻辑电路使用触发器作为存储元件。触发器记忆电路的状态。其反馈信号和输入信号通过逻

2、辑组合再决定电路的输出信号。由于触发器也是用门电路实现的，所以门电路(最基本的是与门、或门、非门)是构成数字电路的基本部件。组合逻辑电路的基本构成框X1、X2、-----、Xn是输入信号（也可称为输入变量），Z1、Z2、-----、Zm是输出信号，即输入信号的函数。其中：Z1=f1(X1、X2、···、Xn)Z2=f2(X1、X2、···、Xn)---Zm=fm(X1、X2、···、Xn)时序逻辑电路的基本构成框图图中：X1——Xn是时序电路的输入信号，Z1——Zm是时序电路的输出信号，Y1——Yr为内部输出（即存储电路的输入驱动信号）

3、y1——ys为存储电路的状态输出（即电路的内部输入信号）数字电路的基本组成通用型数字逻辑电路设计：1、设计一个有n个输入端的与门阵列，该与门阵列可由用户按要求编程控制，以产生需要的输出乘积项（最小项）。2、设计一个最多有2n个输入端的或门阵列，该或门阵列可按用户要求对与门阵列输出的乘积项进行逻辑加，以产生满足用户需要的组合逻辑函数输出。3、对或门阵列的输出信号按用户要求进行存储，并将存储信号反馈连接至与门阵列，以作为其内部输入信号。数字电路的基本组成与、或阵列举例PROMPAL锁存器输出结构举例锁存器输出能反馈到与阵输入由于这种通用型可

4、编程逻辑器件主要是利用“与”阵列和“或”阵列来实现数字逻辑功能，故称这种可编程逻辑器件为阵列（ARRAY）型PLD。阵列型简单PLD器件可分成4大类型：PLD中逻辑符号与电路的简化表示方法与门乘积项黑点“●”－－固定连通星花“×”－－可编程无任何标记－－固定断开PLD中与门、或门的逻辑符号表示和连接表示方式PLD器件的分类－－按集成度分低密度（SPLD）PROM,EPROM,E2PROM,PAL,PLA,GAL；－－只能完成较小规模的逻辑电路高密度（CPLD）CPLD,FPGA；－－已经有超过600万门的FPGA器件；－－可用于设计大规

5、模的数字系统集成度高，甚至可以做到SOC（SystemOnaChip）。PLD器件的分类－－按结构特点分基于与或阵列结构的器件－－阵列型PROM，E2PROM，PAL，GAL，CPLDCPLD的代表芯片如：Altera的MAX系列芯片基于门阵列结构的器件－－单元型FPGAFPGA的代表芯片如：Altera的FLEX系列芯片XILINX的SPARTAN/4000/5200系列芯片XILINX的XC3000/VIRTEX系列芯片PLD器件的分类－－按编程次数分多次可编程用EEPROM、flashmemory或SRAM作为编程单元，可反复编程

6、使用，实现系统功能的动态重构；一次可编程熔丝或反熔丝编程器件作为编程单元，只能一次编程(OTP器件)，在设计初期阶段不灵活。体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温。OTP－OneTimeProgrammingPLD器件的分类－－按编程和配置特性分非易失性器件用EEPROM或flashmemory进行编程，被大多数CPLD器件所采用。不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大。易失性器件用SRAM进行编程，被大多数公司的FPGA器件所采用。每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存配置数据。现代PLD使用的内部编

7、程元件主要有如下三种类型：(1)一次性编程的熔丝(Fuse)或反熔丝(Antifuse)开关;(2)基于浮栅技术的存储器。包括紫外线电擦除和电擦除的EPROM、E2PROM与FlashMemory(闪速存储器，简称为闪存)；(3)允许无限次编程使用的静态存储器SRAM。PLD中的编程元件可编程逻辑器件要实现编程应用,其编程信息必须存储在芯片内部的编程元件中。或者说PLD（包括全部SPLD、CPLD、FPGA）必须使用某些特定的电子开关或能够存储逻辑配置数据的存储器来作为它的编程元件。PLD中的编程元件（续）熔丝(Fuse)或反熔丝(An

8、tifuse)开关为一次性编程使用的非易失性元件，编程后即使系统断电，它们中存储的编程信息不会丢失。但它们只能写一次，故称之为OTP编程元件。基于浮栅技术的E2PROM和快闪存储器也是非易失性的编程元件，但