可编程逻辑器件基础介绍ppt课件.ppt

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1、可编程逻辑器件介绍主讲人：袁峰部门：GSM-HW大纲1PLD发展概要2CPLD和FPGA的内部结构3硬件描述语言4FPGA的设计流程5FPGA的应用和发展7/29/20212大纲1PLD发展概要2CPLD和FPGA的内部结构3硬件描述语言4FPGA的设计流程5FPGA的应用和发展7/29/20213PLD（ProgrammableLogicDevice）可编程逻辑器件的发展是从考虑如何实现组合逻辑电路开始的。在组合逻辑电路的实现中：任何一个逻辑函数可表示成唯一的一组最小项之和，称它为标准的“与-或”表达式（最小项表达式）；

2、任何一个逻辑函数均可表示成唯一的一组最大项之积，称它为标准的“或-与”表达式（最大项表达式）；逻辑函数的化简方法：代数化简，卡诺图，奎恩-麦克路斯基（Q-M）法PLD发展概要-17/29/20214PLD发展概要-2“与阵列”和“或阵列”是可编程逻辑器件中最基本的结构，通过编程改变“与阵列”和“或阵列”的内部连接，就可以实现不同的逻辑功能。依据可编程的部位可将可编程逻辑器件分为：可编程只读存储器PROM可编程逻辑阵列PLA可编程阵列逻辑PAL通用阵列逻辑GAL7/29/20215PLD发展概要-3四种可编程阵列的区别器件名

3、与阵列或阵列输出电路编程技术年代PROM固定可编程固定熔丝70PLA可编程可编程固定EPROM70PAL可编程固定固定EEPROM70GAL可编程固定可组态EEPROM807/29/20216PLD发展概要-4GAL在PAL的基础上增加了一个OLMC（OutputLogicMacroCell）,提供了对时序数字电路的支持7/29/20217上述的四种PLD在初期能很好的满足人们对逻辑电路设计的要求，但大家发现，这四种PLD不存在片内互联。因此在实现复杂的逻辑电路时需要片外互联，无法在单片芯片内实现复杂的电路。为了弥补这一缺

4、陷，20世纪80年代中期，ALTERA和XILINX分别推出了CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）和FPGA（FieldProgrammableGateArray）,它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高的特点，配合开发软件的支持，使单芯片可以实现非常复杂的电路，同时，使电路设计开发时间和周期大大缩短，被广泛应用产品设计和生产之中。我们可以把CPLD和FPGA称之为第二代的PLDPLD发展概要-57/29/20218PLD发展概要-67/29/20219大纲1可编程逻辑器件发展概要2

5、CPLD和FPGA的内部结构3硬件描述语言4FPGA的设计流程5FPGA的应用和发展7/29/202110CPLD和FPGA的内部结构-1CPLD和FPGA怎么区分呢？根据组合逻辑的实现方式的不同来区分CPLD和FPGA把基于乘积项（Product-Term）技术，Flash或EEPROM工艺的PLD叫CPLD把基于查找表（Look-UpTable）技术，SRAM工艺，要外挂配置用的EEPROM的PLD叫FPGAAltera把自己基于查找表和乘积项的所有产品都称作CPLD7/29/202111CPLD和FPGA的内部结构-

6、2CPLD是在PAL，GAL基础上发展起来的，基于“与阵列”和“或阵列”的内部连接来实现电路功能，可以看作是一个芯片内部集成了多个GAL，提供了GAL相互之间的互联功能。CPLD的内部结构如下图（以ALTERA的MAX7000为例，其它系列或厂商的器件结构略有不同）：宏单元（MacroCell）:CPLD的基本逻辑结构，由它来实现基本逻辑功能；LAB（LogicArrayBlock）:多个宏单元的集合；PIA（ProgrammableInterconnectArray）:可编程连线负责信号传递，连接所有的宏单元;I/O控制

7、块：负责输入输出的电气特性控制，比如可以设定集电极开路输出，摆率控制，三态输出等；7/29/202112CPLD和FPGA的内部结构-37/29/202113CPLD和FPGA的内部结构-4宏单元的结构如下：左侧是乘积项阵列，实际就是一个“与阵列”，每一个交叉点都是一个可编程熔丝，如果导通就是实现“与”逻辑。后面的乘积项选择矩阵是一个“或阵列”。两者一起完成组合逻辑。右侧是一个可编程D触发器，实现时序电路，它的时钟，清零输入都可以编程选择，可以使用专用的全局清零和全局时钟，也可以使用内部逻辑（乘积项阵列）产生的时钟和清零。

8、如果不需要触发器，也可以将此触发器旁路，信号直接输给PIA或输出到I/O脚。7/29/202114CPLD和FPGA的内部结构-57/29/202115FPGA的内部结构如下图（以XILINXFPGA为例）：CLB（ConfigurableLogicBlock）:可配置逻辑块，包含了查找表和触发器等模块