數(shù)字電子技術(shù) 清華PPT課件

1、第八章 可編程邏輯器件（PLD, Programmable Logic Device）8.1 概述一、PLD的基本特點1. 數(shù)字集成電路從功能上有分為通用型、專用型兩大類2. PLD的特點：是一種按通用器件來生產(chǎn)，但邏輯功能是由用戶通過對器件編程來設(shè)定的數(shù)字系統(tǒng)第1頁/共29頁二、PLD的發(fā)展和分類PROM是最早的PLD1.PAL 可編程邏輯陣列2.FPLA 現(xiàn)場可編程陣列邏輯3.GAL 通用陣列邏輯4.EPLD 可擦除的可編程邏輯器件5.FPGA 現(xiàn)場可編程門陣列6.ISP-PLD 在系統(tǒng)可編程的PLD第2頁/共29頁三、LSI中用的邏輯圖符號第3頁/共29頁8.2 現(xiàn)場可編程邏輯陣列 FP

2、LA組合電路和時序電路結(jié)構(gòu)的通用形式A0An-1W0W(2n-1)D0Dm第4頁/共29頁8.2 FPLA組合電路和時序電路結(jié)構(gòu)的通用形式可可編編程程的的“或或”陣陣列列可可編編程程的的“與與”陣陣列列 第5頁/共29頁8.3 PAL（Programmable Array Logic）8.3.1 PAL的基本電路結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)形式可編程“與”陣列+固定“或”陣列+輸出電路最簡單的形式為：二、編程單元出廠時，所有的交叉點均有熔絲第6頁/共29頁8.3.2 PAL的輸出電路結(jié)構(gòu)和反饋形式一. 專用輸出結(jié)構(gòu)用途：產(chǎn)生組合邏輯電路用途：產(chǎn)生組合邏輯電路第7頁/共29頁二. 可編程輸入/輸出結(jié)構(gòu)用途：

3、組合邏輯電路，用途：組合邏輯電路，有三態(tài)控制可實現(xiàn)總線連接有三態(tài)控制可實現(xiàn)總線連接可將輸出作輸入用可將輸出作輸入用第8頁/共29頁三. 寄存器輸出結(jié)構(gòu)用途：產(chǎn)生時序邏輯電路用途：產(chǎn)生時序邏輯電路第9頁/共29頁四. 異或輸出結(jié)構(gòu)時序邏輯電路時序邏輯電路還可便于對還可便于對“與與- -或或”輸出求反輸出求反第10頁/共29頁五. 運算反饋結(jié)構(gòu)時序邏輯電路時序邏輯電路可產(chǎn)生可產(chǎn)生A、B的十六種算術(shù)、邏輯運算的十六種算術(shù)、邏輯運算第11頁/共29頁8.3.3 PAL的應(yīng)用舉例第12頁/共29頁8.4 通用邏輯陣列 GAL8.4.1 電路結(jié)構(gòu)形式可編程“與”陣列 + 固定“或”陣列 + 可編程輸出電路

4、OLMC第13頁/共29頁GAL16V8第14頁/共29頁8.4.2 OLMC數(shù)據(jù)選擇器第15頁/共29頁8.4.3 GAL的輸入和輸出特性GAL是一種較為理想的高輸入阻抗器件第16頁/共29頁GAL輸出緩沖級第17頁/共29頁8.5 可擦除的可編程邏輯陣列EPLD一、結(jié)構(gòu)特點相當于“與-或”陣列（PAL） + OLMC二、采用EPROM工藝 集成度提高 第18頁/共29頁8.7 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA一、基本結(jié)構(gòu)1. IOB2. CLB3. 互連資源4. SRAM第19頁/共29頁1. IOB可以設(shè)置為輸入可以設(shè)置為輸入/ /輸出；輸出；輸入時可設(shè)置為：同步（經(jīng)觸發(fā)器）輸入時可設(shè)置為：同步

5、（經(jīng)觸發(fā)器） 異步（不經(jīng)觸發(fā)器）異步（不經(jīng)觸發(fā)器）第20頁/共29頁2. CLB本身包含了組合電路和觸發(fā)器，可構(gòu)成小的時序電路本身包含了組合電路和觸發(fā)器，可構(gòu)成小的時序電路將許多將許多CLB組合起來，可形成大系統(tǒng)組合起來，可形成大系統(tǒng)第21頁/共29頁3. 互連資源第22頁/共29頁4. SRAM分布式每一位觸發(fā)器控制一個編程點第23頁/共29頁二、編程數(shù)據(jù)的裝載1. 數(shù)據(jù)可先放在數(shù)據(jù)可先放在EPROM或或PC機中機中2. 通電后，自行啟動通電后，自行啟動FPGA內(nèi)部的一內(nèi)部的一個時序控制邏輯電路，將在個時序控制邏輯電路，將在EPROM中存放的數(shù)據(jù)讀入中存放的數(shù)據(jù)讀入FPGA的的SRAM中中3

6、. “裝載裝載”結(jié)束后，進入編程設(shè)定的結(jié)束后，進入編程設(shè)定的工作狀態(tài)工作狀態(tài)！每次停電后，SRAM中數(shù)據(jù)消失下次工作仍需重新裝載第24頁/共29頁8.8 在系統(tǒng)可編程通用數(shù)字開關(guān)（ispGDS）第25頁/共29頁8.9 PLD的編程以上各種PLD均需離線進行編程操作，使用開發(fā)系統(tǒng)一、開發(fā)系統(tǒng)1.硬件：計算機+編程器2.軟件：開發(fā)環(huán)境（軟件平臺） VHDL, Verilog真值表，方程式，電路邏輯圖（Schematic） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（ FSM）第26頁/共29頁二、步驟抽象（系統(tǒng)設(shè)計采用Top-Down的設(shè)計方法）選定PLD選定開發(fā)系統(tǒng)編寫源程序（或輸入文件）調(diào)試，運行仿真，產(chǎn)生下載文件下載測試第27頁/共29頁isp器件的