EDA 技术实用教程第3章ppt课件.ppt

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1、EDA技术实用教程第3章FPGA/CPLD结构与应用3.1概述PLD：ProgrammableLogicDevice可编程逻辑器件是一种数字集成电路的半成品，在其芯片上按一定排列方式集成了大量的门和触发器等基本逻辑元件，使用者可利用某种开发工具对其进行加工，即按设计要求将片内元件连接起来（编程）引论PLD的思想来自PROM首先我们对数字电路进行剖析1、数字电路分类组合电路：与时间无关，输出是输入的函数时序电路：与时间有关，输出与输入、输出的前一状态有关。3、时序电路剖析2、组合电路剖析：由基本门构成:与、或、非、异或门等可由单一基本门构成可化为“与-或”表达

2、式由组合电路和触发器构成=>可编程电路结构3.1概述图3-1基本PLD器件的原理结构图3.1概述3.1.1可编程逻辑器件的发展历程PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)PLA(ProgrammableLogicArray)PAL(ProgrammableArrayLogic)GAL(GenericArrayLogic)EPLDCPLDFPGA3.1概述3.1.2可编程逻辑器件的分类PLD按集成度分类3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.1电路符号表示图3-3常用逻辑门符号与现有国标符号的对照3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.1电路符

3、号表示图3-4PLD的互补缓冲器图3-5PLD的互补输入图3-6PLD中与阵列表示3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.1电路符号表示图3-7PLD中或阵列的表示图3-8阵列线连接表示3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.2PROM图3-9PROM基本结构ProgrammableROM可编程只读存储器3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.2PROMProgrammableROM可编程只读存储器3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.2PROMProgrammableROM可编程只读存储器1、地址译码器：完成PROM存储阵列的行的选择，由与门组成。其字线的逻辑函数是：2

4、、存储矩阵逻辑函数表示：Fo=Mp-1,oWp-1+…+Ml,oW1+MooWoF1=Mp-1,1Wp-1+…+M1,1W1+Mo,1WoFm-1=Mp-1,m-1Wp-1+…+M1,m-1W1+Mo,m-1Wo其中:对熔丝工艺，熔丝断相当于Mp-1,m-1=0；熔丝通常相当于Mp-1,m-1=1是一个可编程或阵列P=2nMp-1,m-1是存储单元阵列第m-1列p-1行单元的值。……3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.2PROM图3-10PROM的逻辑阵列结构3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.2PROM图3-11PROM表达的PLD阵列图3.2简单可编程逻

5、辑器件原理3.2.2PROM图3-12用PROM完成半加器逻辑阵列早期有人用ROM做数字电路。以4x2PROM为例，说明可将PROM当PLD使用。例2-1：构造半加器：0+0=00+1=11+0=11+1=10S=Ao⊕Al=AoAl+AoA1C=Ao·A1阵列点文件对PLD器件称为熔丝图文件（FuseMap)．对于PROM，则为存储单元的编程数据文件PROM只能用于组合电路，输入变量的增加会引起存储容量的增加，且按2的幂次方增加。原因：全译码3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.3PLA图3-13PLA逻辑阵列示意图与阵列和或阵列都可编程。3.2简单可编程逻

6、辑器件原理3.2.3PLA图3-14PLA与PROM的比较例2-2：6x3PLA与8x3PROM的比较两者在大部分实际应用中，可实现相同的逻辑功能。优点：乘积项数量减少，门利用率高缺点：算法复杂、器件的运行速度下降。与阵列不采用全译码的方式，标准的与或表达式已不适用，需要把逻辑函数化成最简的与或表达式，然后用可编程的与阵列构成与项，用可编程的或阵列构成与项的或运算。在有多个输出时，要尽量利用公共的与项，以提高阵列的利用率。应用：全定制ASIC设计，手工化简3.2简单可编程逻辑器件原理3.2.4PAL图3-16PAL的常用表示图3-15PAL结构与阵列可编程、

7、或阵列固定对于多个乘积项，PAL通过输出反馈和互连的方式解决，即允许输出端的信号再馈入下一个与阵列。时序电路的实现：时序电路由组合电路及存储单元构成(锁存器、触发器、RAM)，组合电路部分的可编程问题已解决，只要加上锁存器、触发器即可。图3-17一种PAL16V8的部分结构图（输出反馈、D触发器）缺点：1、为适应不同应用需要，PAL的输出I／O结构很多，应用设计者在设计不同功能的电路时，要采用不同输出I／O结构的PAL器件。带来使用、生产的不便。2、PAL一般采用熔丝工艺生产．一次可编程，修改不方便。被GAL取代3.2.5GAL1985年，Lattice1、

8、特点：1）采用EEPROM工艺，具有电可擦除重复编程