电路基础与集成电子技术-164 实现可编程的基本方法.ppt

16 4可编程逻辑器件概述 16 4 1PLD器件连线的表示方法 16 4 2与阵列和或阵列编程方法 16 4 3可编程实现连线 16 4 4可编程实现数据传输 PLD所用的单元器件数目很多 按常规图形绘制电路原理图非常不便 制造厂商推出了一套简化的表示方法 见图16 4 1和图16 4 2所示 图16 4 1PLD器件中的连接方式 图16 4 2PLD电路中器件的表示方法 16 4 1PLD器件连线的表示方法 在ROM的应用中曾讲述了用ROM构成组合和时序逻辑电路的方法 在此介绍一种更加灵活的方法以实现电路的可编程 电路可以通过软件编程 确定与矩阵和或矩阵内部硬件电路的功能 将通过可变模计数器的例子来说明 在一般的同步计数器中 通过卡诺图的设计 在触发器数据输入端连接一些门电路 这些门电路的作用是检测触发器的现态 以确定触发器的新状态 当计数器计数到第N 1个状态时 这些门电路要保证下一个时钟来到后 计数器复零 所以计数器不同的进制 这些门电路的连接是不同的 而可变模计数器一旦将设计好的硬件逻辑关系固化在计数器中后 只需要改变地址码就可以控制计数器的计数周期 不需要再变更硬件的设计 可变模计数器的逻辑方框图如图16 4 3所示 16 4 2与阵列和或阵列编程方法 可变模计数器一般由与ROM矩阵 或ROM矩阵以及作为反馈网络的一些触发器和逻辑门构成的 An 1 A1 A0是与矩阵的输入 称为地址输入 与矩阵是可编程的 而ROM中与矩阵是不可编程的 或矩阵和ROM中的或矩阵相同 是可编程的 图16 4 3可变模计数器方块图 触发器在这里作为反馈网络 将电路中触发器的状态反馈到与矩阵的内部输入 以实现对计数器模 即计数周期的编程控制 可变模计数器编程的基本原理基于在可编程的与矩阵和或矩阵的基础上 设置了一个符合函数 在计数过程中 触发器的输出 即计数器的状态和与矩阵输入的地址码进行比较 当计数器的状态与地址码一致时 则给出符合信号 强迫计数器进入所希望的状态 即初始状态 随后计数器则按卡诺图确定的程序继续工作 直到最后一个状态 即由地址码确定的第N 1个状态 再强迫计数器回到初始状态 所以每个触发器应当受到两个控制函数的控制 即 式中f 正常的由卡诺图得到的控制函数 F 强迫计数器进入的希望状态 T 符合函数 当T 1时 F不起作用 P f 计数器按正常程序计数 当T 0时 F起作用 P F 强迫计数器跳变到所希望的状态 设计数器的输出为QD QC QB和QA 输入地址码为D C B A 显然符合函数 当 QDQCQBQA DCBA 时 T 0 当 QDQCQBQA DCBA 时 T 1 下面讨论控制函数和符合函数的设计方法 首先确定触发器类型 前面已经提过 在大规模可编程集成电路中 为了减少连线 往往不采用JK触发器 而采用D触发器 集成起来可占用较小的芯片面积 如采用四级触发器 可从0000一直计数到1111 可实现二进制计数到十六进制计数 一般就以二进制的计数顺序作为N进制同步计数器的计数顺序 状态转换表见表16 5 表16 4 表16 5 地址码与N之间的关系见表12 5 地址码的状态即为计数器的最后一个状态 由F f和T确定新的驱动方程式 新的驱动方程式为 表16 5 根据表12 4确定计数器的驱动方程 这一过程与传统的计数器的设计步骤一样 见如下卡诺图 根据求出的T和fD fC fB fA 当计数器计数到N 1状态时 QDQCQBQA 与 DCBA 符合 T 0 则P F 再来一个计数脉冲CP 强迫计数器进入初始状态 如果设初态为0000 则P F 0 可以使驱动方程比较简单 于是有 根据以上五个与或逻辑式 可以用图16 4 5所示的PLA来实现 与项可以在与矩阵中编程实现 或项可以在或矩阵中编程实现 N进制可变模计数器的阵列图如图16 4 5所示 上方是与矩阵 它的输入是A B C D四个地址码和反馈信号 四个触发器的输出 由此构成符合信号T 以及四个触发器驱动方程式中所需要的与项 下方是或矩阵 对各个与项进行相加 图16 4 5可变模计数器阵列图 由以上分析可知 可变模计数器中的与矩阵和或矩阵是可编的 根据设计的结果 对矩阵进行编程 一旦编程完毕 计数器将根据地址码进行计数 不同的地址码 计数周期将不同 通过电子开关实现连线的可编程 电子开关由MOS晶体管和传输门构成 图16 4 6是一个通用开关阵列 每一个接点上有6个电子开关 通过编程可实现任意方向的连线接通 在复杂可编程逻辑器件内部的数据传输 以及单片的在系统通用阵列开关 基本上都采用这种方式来对电路的连接进行编程 以确定信号的传输去向 16 4 3可编程实现连线 图16 4 6通用开关阵列示意图 数据传输的编程一般是通过异或门或数据选择器实现的 如图16 4 7所示 图 a 是采用异或门的形式 以确定信号是以原变量的形式 还是反变量的形式向前传输 图 b 是采用MUX的形式 通过对选择变量