第2章可编程逻辑器件ppt课件.ppt

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1、第二章PLD硬件特性与编程技术可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevice）是从20世纪70年代发展起来的一种允许用户配置的集成逻辑器件。可编程器件PLD与专用集成电路ASIC（ApplicationSpecificIC）相比较，因其具有成本低、使用灵活、设计周期短、可靠性高等特点，是一种半定制集成电路，极大促进数字集成电路的发展。可编程逻辑器件PLD经历了从逻辑规模比较小的简单PLD（PROM、PLA、PAL、GAL）到采用大规模集成电路技术的复杂PLD的发展进程，在结构、工艺、集成度、速度和性能等方面都

2、得到极大的提高。目前，应用最广泛的PLD主要是以乘积项结构方式构成逻辑行为的复杂可编程器件CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）和以查表法结构方式构成逻辑结构行为的现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammableGateArray）。2.1PLD概述与中、小规模集成电路比：PLD具有－－集成度高、速度快、功耗小和可靠性高、EDA软件自动化程度高等优点；与专用集成电路ASIC比：PLD具有－－研制周期短、先期投资少、无开发风险、修改方便和小批量生产成本低等优点。1995年－－PLD销售额占

3、IC市场的40％，其集成度每年以35％的速度递增，而成本以每年40％的速度降低。PLD已成为电子系统设计者的首选器件！2.1PLD概述数字电路系统是由基本门构成的，包含有两类数字电路：一类是组合逻辑电路:其特点是任一时刻的输出信号状态仅取决于当前的输入信号状态；另一类是时序电路:它由组合逻辑电路和存储逻辑电路两部分组成。其特点是任一时刻的输出信号状态不仅取决于当时的输入信号状态，而且还取决于电路原来的信号状态。在数字系统中，根据布尔代数的知识，可知任何组合逻辑函数都可以用与或表达形式描述，也即可用“与门-或门”两种基本门电路实现任何

4、组合逻辑电路，而任何时序逻辑电路又都是由组合逻辑电路加上存储元件（触发器、锁存器）构成的。可编程电路结构由输入处理电路、与阵列、或阵列、输出处理电路等四种功能部分组成，其基本结构如图2-1所示。输入处理电路输出处理电路与阵列或阵列………图2-1简单PLD的基本结构输入输出与阵列和或阵列是电路的主体，其功能主要是用来实现组合逻辑函数。输入处理电路是由输入缓冲器组成，其功能主要是使输入信号具有足够的驱动能力并产生输入变量的原变量以及反变量两个互补的信号。输出处理电路主要是由三态门寄存器组成，其功能主要是提供不同的输出方式，可以由或阵列直

5、接输出（组合方式），也可以通过寄存器输出（时序方式）。可编程电路结构一.PLD的发展过程：70年代初－－－PROM(ProgrammableReadOnlyMemory可编程只读存储器)是最早出现的可编程逻辑器件。70年代中－－－AMD公司推出了可编程逻辑阵列(PLA-ProgrammableLogicArray)器件。但由于编程复杂,支持PLA的开发软件有一定难度,因而也没有得到广泛应用。70年代末－－美国MMI公司(MonolithicMemoriesInc,单片存储器公司)率先推出了可编程阵列逻辑(PAL-Programmab

6、leArrayLogic)器件。是第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。80年代初－－－Lattice公司发明了通用阵列逻辑(GAL-GenericArrayLogic)器件。GAL比PAL使用更加灵活,它可以取代大部分SSI、MSI和PAL器件,所以在20世纪80年代得到广泛应用。80年代中－－－－Altera公司推出了一种新型的可擦除、可编程逻辑器件(EPLD-ErasableProgrammableLogicDevice)。它采用CMOS和UVEPROM工艺制作,集成度比PAL和GAL高得多,设计也更加灵活,但内部互连能力比较弱

7、。1985年Xilinx公司首家推出了现场可编程逻辑(FPGA-FieldProgrammableGateArray)器件。80年代末－－－Lattice公司提出了在系统可编程技术,并相继推出了一系列具备在系统可编程能力的复杂可编程逻辑器件(CPLD-ComplexPLD)。90年代至今－－－高密度CPLD、FPGA在生产工艺、器件的编程和测试技术等方面都有了飞速发展。并在现代电子系统设计中得到了相当广泛的应用。二.PLD的分类1．从结构的复杂程度分类可分为低密度可编程逻辑器件(LDPLD)和高密度可编程逻辑器件(HDPLD)两类。

8、1）LDPLD主要指早期发展起来的PLD,它包括PROM、PLA、PAL和GAL四种,其集成密度一般小于700门/片。（这里的门是指PLD等效门）PLD的分类方法较多，也不统一，下面简单介绍3种。2）HDPLD－－－包括CPLD和FP