第2章 可编程逻辑基础ppt课件.ppt

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1、第2章可编程逻辑基础本章主要介绍可编程逻辑器件PLD发展历程及特点，可编程逻辑器件的分类，PLD基本原理，CPLD和FPGA的基本结构及Altera公司的典型CPLD/FPGA器件性能与使用方法。学习目标了解：可编程逻辑器件PLD发展历程及特点理解：PLD基本原理，CPLD和FPGA的基本结构应用：掌握Altera公司的典型CPLD/FPGA器件性能与使用方法主要内容2.1可编程逻辑器件的发展历程及特点2.2可编程逻辑器件分类2.3简单PLD2.4CPLD2.5FPGA2.6可编程逻辑器件的发展趋势本章小结思考与练习2.1可编程逻

2、辑器件的发展历程及特点2.1.1可编程逻辑器件的发展历程最早的可编程逻辑器件是1970年出现的PROM，它由全译码的与阵列和可编程的或阵列组成，其阵列规模大、速度低，主要用作存储器；20世纪70年代中期出现PLA(ProgrammableLogicArray，可编程逻辑阵列)，它由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成，由于其编程复杂，开发起来有一定难度；70年代末，推出PAL(ProgrammableLogicArray，可编程阵列逻辑)，它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，采用熔丝编程方式，双极型工艺制造，器件的工作速度很高，由

3、于它的结构种类很多，设计灵活，因而成为第一个普遍使用的可编程逻辑器件；80年代初，Lattice公司发明了GAL(GenericArrayLogic，可编程通用阵列逻辑)器件，采用输出逻辑宏单元（OLMC）的形式和EECMOS工艺,具有可擦除，可重复编程，数据可长期保存和可重新组合结构等特点，GAL产品构件性能比PAL产品性能更优越，因而在20世纪70年代得到广泛使用。2.1可编程逻辑器件的发展历程及特点GAL和PAL同属低密度的简单PLD，规模小，难以实现复杂的逻辑功能。从20世纪80年代末开始，随着集成电路工艺水平的不断提高，

4、PLD突破了传统的单一结构，向着高密度、高速度、低功耗以及结构体系更灵活的方向发展，相继出现了各种不同结构的高密度PLD。20世纪90年代以后，高密度PLD在生产工艺、器件编程和测试技术等方面都有了飞速发展。例如CPLD的集成度一般可达数千甚至上万门。Altera公司推出的EPM9560，其密度达12000个可用门，包含多达50个宏单元，216个用户I/O引脚，并能提供15ns的脚至脚延时，16位计数的最高频率为118MHZ。目前CPLD的集成度最多可达25万个等效门，最高速度以达180MHZ。FPGA的延时可以小于3ns。目前世

5、界各著名半导体公司，如Altera，Xilinx、Lattice等，均可提供不同类型的CPLD、FPGA产品，新的PLD产品不断面世。2.1可编程逻辑器件的发展历程及特点2.1.2可编程逻辑器件的特点采用PLD设计数字系统有以下特点：(1)减小系统体积由于PLD具有相当高的密度，用一片PLD以实观一个数字系统或子系统，整个系统的规模明显减小，从而使制成的设备体积小，重量轻。(2)增强了逻辑设计的灵活性在系统的研制阶段，由于设计错误或任务的变更而修改设计的事情经常发生。使用不可编程逻辑器件时，修改设计是很麻烦的事。使用PLD器件后情

6、况就不一样了，由于PLD器件引脚灵活，不受标准逻辑器件功能的限制，而且可擦除可编程，只要通过适当编程，便能使PLD完成指定的逻辑功能，。在系统完成定型之前，都可以对PLD的逻辑功能进行修改后重新编程，这给系统设计提供了极大的灵活性。2.1可编程逻辑器件的发展历程及特点(3)提高了系统的处理速度和可靠性由于PLD的延迟时间很小，—般从输入引脚到输出引脚的延迟时间仅几个纳秒，这就使PLD构成的系统具有更高的运行速度。同时由于用PLD设计系统减少了芯片和印制板数量，以及相互连线，从而增强了系统的抗干扰能力，提高了系统的可靠性。(4)缩短

7、了设计周期，降低了系统成本由于PLD是用“编程”代替了标准逻辑器件的组装，开发工具先进，自动化化程度高，在对PLD的逻辑功能进行修改时，也无需重新布线和更换印制板，从而大大缩短了一个系统的设计周期，加快了产品投放市场的速度，增强了产品的竞争力。同时由于大大节省工作量，也有效地降低了成本。(5)系统具有加密功能。某些PLD器件本身就具有加密功能，设计者在设计时只要选中加密项，PLD就被加密使器件的逻辑功能无法被读山，有效地防止设计内容被抄袭，使器件具有保密性。2.1可编程逻辑器件的发展历程及特点(6)有越来越多的知识产权(IP)核心

8、库的支持。用户可利用这些预定义和预测试的软件IP模块在可编程逻辑器件内迅速实现系统功能。IP核包括复杂的DSP算法、存储器控制器、总线接口和成熟的软核微处理器等。此类IP核为客户节约了大量的时间和费用。2.2可编程逻辑器件分类随着微电子技术的发展可