数字电路与逻辑设计（周洪敏）第10章ppt课件.ppt

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1、第10章可编程逻辑器件PLD:ProgrammableLogicDevice1概述每个器件的逻辑规模小，功耗相对比较大，用其构成的系统布线复杂，占用PCB(PrintedCircuitBoard)板面积大。按逻辑功能来分，数字电路芯片可划分为:1.通用型:TTL74系列、CMOS4000系列等2.专用型：把系统的全部或部分模块集成在一个芯片内，称为专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)。可以降低功耗、提高系统的可靠性、保密性及工作速度。2ASIC是一种由用户定制的集成电路。又可以分为全定制电路和半定制电路。半定制电路：

2、首先由制造厂制成标准的半成品，然后由制造厂根据用户提出的逻辑要求，再对半成品进行加工，实现预定的数字系统芯片。全定制电路：制造厂按用户提出的逻辑要求，专门设计和制造的芯片。这类芯片专业性强，适合在大批量定性生产的产品中使用。常用的有电子表机芯、存储器、中央处理器CPU芯片等。3硬件的软化设计随着集成电路制造工艺和编程技术的提高，早期的半定制电路的设计和编程都离不开制造厂。从20世纪70年代末开始，发展了一种称为可编程逻辑器件（PLD）的半定制芯片。PLD芯片内的硬件资源和连线资源也是由制造厂生产好的，但用户可以借助功能强大的设计自动化软件（也称设计开发软件）和编程器，进行设计编

3、程，实现所希望的数字系统。PLD的出现4中小规模可编程器件可编程器件外形图5PLD的开发流程图算法设计和电路划分图形输入和文本输入编译和逻辑仿真设计实现目标文件下载6可编程器件的下载方式通用编程器7接计算机并口用下载电缆下载示意图用专用下载电缆下载（JTAG标准口）810.2PLD的基本结构一、PLD实现各种逻辑功能的依据在数字系统设计中，任何组合逻辑函数都能用“与–或”式表达，从而可用“与”门和“或”门实现，而任何时序电路都是由组合电路加上存储元件（FF）构成的，这就是PLD实现各种逻辑功能的理论依据。9二、传统PLD的总体结构图10.2.1传统PLD的总体结构输出电路输入电

4、路与阵列或阵列外部数据输入数据输出输入项乘积项和项反馈……组合电路存储电路X1XjZ1ZkQ1QmW1WlXQZW…………图6.1.1时序电路的结构框图1010.3PLD的表示方法1、互补缓冲电路1AAAAAA2.固定连接3.编程连接4.断开（被擦除）115.与逻辑Z=ACE&ABCDEZ=A+C+E6.或逻辑ABCDE7、多路选择器00011011ABCDC0FC11210.4PLD的分类一、PLD的集成度分类图10.4.1PLD的密度分类可编程逻辑器件PLD低密度可编程逻辑器件LDPLD高密度可编程逻辑器件HDPLDPROMPLAPALGALCPLDFPGA13分类与阵列

5、或阵列输出电路出现年代PROM固定可编程固定70年代初PLA可编程可编程固定70年代中PAL可编程固定固定70年代末GAL可编程固定可配置80年代初1.低密度可编程逻辑器件(LDPLD:Low-DensityPLD)输出电路输入电路与阵列或阵列外部数据输入数据输出输入项乘积项和项反馈……142.高密度可编程逻辑器件(HDPLD:High-DensityPLD)(1)CPLD(ComplexPLD)20世纪80年代中。20世纪80年代中。(2)FPGA(FieldProgrammableGateArray)结构与LDPLD不同，通常采用一系列独立的可编程逻辑模块阵列组成，通过布线

6、资源将其连接。CBACBA15二、PLD的制造工艺分类1.一次性编程的PLD2.紫外线可擦除的PLD(EPLD)20min,几十次。3.电可擦除的PLD(EEPLD)10ms,上千次。4.采用SRAM结构的PLD无限次。（熔丝、反熔丝工艺）（EPROM工艺）（E2PROM、Flash工艺）（SRAM工艺）1610.5可编程逻辑阵列PLA一、PLA基本结构图10.4.1PLA的基本结构&≥117二、PLA应用举例例用PLA器件实现函数解：用PLA器件实现，需3个输入端，2个输出端。用卡诺图法化简，得出F1、F2的最简与或式：相应的实现电路如图10.5.2所示。18图10.5.2用

7、PLA实现组合函数的设计&≥11910.6可编程阵列逻辑PAL除了具有与阵列(可编程)和或阵列（固定）以外，还有输出和反馈电路：专用输出结构可编程输入/输出结构寄存器输出结构异或输出结构20图10.6.2专用输出结构&&≥1≥1特点：或非门输出或互补输出目前常用的产品有PAL10H8(10输入，8输出，高电平输出有效)、PAL10L8、PAL16C1(16输入，1输出，互补型输出)等。21图10.5.3可编程输入/输出结构≥1这种结构的或门输出经过三态输出缓冲器，可直接送往输出，也可再经互补