第二章 FPGA／CPLD结构与应用ppt课件.ppt

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1、第2章FPGA／CPLD结构与应用1、教学目的：了解可编程逻辑器件的分类、结构，了解大规模可编程逻辑器件的基本结构和编程原理。2、教学重点：大规模可编程逻辑器件CPLD和FPGA的基本结构和工作原理，CPLD和FPGA的编程和配置。3、教学方法：以结构图的形式讲述CPLD和FPGA的结构和工作原理，使学生从整体上初步了解大规模可编程逻辑器件。GAL:GenericArrayLogic通用阵列逻辑相关专业名词EDA：ElectronicDesignAutomation电子设计自动化PLD：ProgrammableLogicDevice可编程逻辑器件C

2、PLD：ComplexProgrammableLogicDevice复杂可编程逻辑器件EPLD：ErasableProgrammableLogicDevice可擦除可编程逻辑器件FPGA：FieldProgrammableGateArray现场可编程门阵列VHDL：VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage超高速集成电路硬件描述语言ASIC：ApplicationSpecificIntegratedCircuit特定用途集成电路2.1概述图2-1基本PLD器件的原理结构图2.1

3、.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GAL器件FPGA器件EPLD器件CPLD器件内嵌复杂功能模块的SOPC2.1.2可编程逻辑器件的分类图2-2按集成度(PLD)分类2.2简单PLD原理2.2.1电路符号表示图2-3常用逻辑门符号与现有国标符号的对照2.2.1电路符号表示图2-4PLD的互补缓冲器图2-5PLD的互补输入图2-6PLD中与阵列表示图2-7PLD中或阵列的表示图2-8阵列线连接表示2.2.2PROM图2-9PROM基本结构：其逻辑函数是：2.2.2PROM图2-10PROM的逻辑阵

4、列结构逻辑函数表示：2.2.2PROM图2-11PROM表达的PLD图阵列图2-12用PROM完成半加器逻辑阵列2.2.3PLA图2-13PLA逻辑阵列示意图2.2.3PLA图2-14PLA与PROM的比较2.2.4PAL图2-15PAL结构：图2-16PAL的常用表示：2.2.4PAL图2-17一种PAL16V8的部分结构图2.2.5GAL图2-18GAL16V8的结构图GAL：GeneralArrayLogicDevice最多有8个或项，每个或项最多有32个与项EPLDErasableProgrammableLogicDevice乘积项逻辑2.

5、2.5GAL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GAL16V82.2.5GAL图2-19寄存器输出结构图2-20寄存器模式组合双向输出结构2.2.5GAL图2-21组合输出双向结构图2-22复合型组合输出结构2.2.5GAL图2-23反馈输入结构图2-24输出反馈结构2.2.5GAL图2-25简单模式输出结构2.3CPLD结构与工作原理图2-26MAX7000系列的单个宏单元结构PRNCLRNENA逻辑阵列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乘积项选择矩阵来自I/O引脚

6、全局时钟QDEN来自PIA的36个信号快速输入选择22.3CPLD结构与工作原理(1)逻辑阵列块(LAB)图2-27MAX7128S的结构2.3CPLD结构与工作原理(2)宏单元(3)扩展乘积项图2-28共享扩展乘积项结构图2-29并联扩展项馈送方式2.3CPLD结构与工作原理(4)可编程连线阵列(5)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2-30PIA信号布线到LAB的方式(6)I/O控制块图2-31EPM7128S器件的I/O控制块2.4FPGA结构与工作原理2.4.1查找表图2-33FPGA查找表单元内

7、部结构图2-32FPGA查找表单元：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）实现输出查黑找盒表子输入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0000010100000101输入A输入B输入C输入D查找表输出16x1RAM查找表原理多路选择器2.4.2FLEX10K系列器件图2-34FLEX10K内部结构...IOCIOCIOCIOC......IOCIOC...IOCIOC...IOCIOC...IOC

8、IOC逻辑单元...IOCIOC...IOCIOCIOCIOC...快速通道互连逻辑阵列块(LAB)IOCIOC...连续