测控新技术可编程逻辑器件的发展与应用.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 课程学习报告课 程 测控新技术 题 目 可编程器件技术原理与应用 院 系 电气信息工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 上课教师 东北石油大学课程报告任务书课程 测控新技术题目 可编程器件技术原理与应用报告主要内容1可编程器件技术概述；2可编程器件具体实现技术；3可编程器件技术在某一个方面的应用；4对这些技术应用特色、前景的综述和展望。报告基本要求1对所讨论的理论和技术的综述完整、合理，在某一方面的具体应用应该与相关技术特点有密切的联系；2可选择三种技术中其中的任意一种或两种技术进行研究，对该技术的基本理论、具体技术的发展历史、现状和发展前景进行讨论，要求必须有自己的综述见解和讨论；3论文格式严格按样板要求完成，要求图文规范，其中要求必须要有清晰的图件。论文报告不少于6000字。主要参考资料1 张文.可编程逻辑器件的发展与应用J .大众科技，2006年01期2 刘瑞友,王智勇,陶涛等.一种基于FPGA伪彩液晶显示系统的设计J.液晶与显示,2007 3 邹虹.数字电路与逻辑设计M.北京：人民邮电出版社，2008：269-2854 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1998：4324395 邓延安.可编程逻辑器件的发展概述J.芜湖职业技术学院学报,2005年01期6 赵红梅，王召东.可编程逻辑器件FPGA与CPLD的发展与应用一例J.平顶山工学院学报.2007年7李文明，荆海，马凯.基于FPGA的AMOLED驱动控制系统设计J.现代显示，2007 8候剑舒，金星.可编程逻辑器件的现状及发展趋势J.中国仪器仪表，2005年05期完成期限 2013年12月 20日 上课教师 专业负责人 2013年 12 月 20 日目 录前 言1第一章可编程逻辑器件的发展历程2第二章可编程逻辑器件的分类及开发工具42.1可编程逻辑器件主要分类42.2 FPGA和CPLD的概况42.3 FPGA和CPLD的对比5第三章可编程逻辑器件的特点7第四章 可编程逻辑器件的应用84.1可编程逻辑器件在电子技术领域中的应用84.2可编程逻辑器件在ASIC设计中的应用84.3 可编程逻辑器件在数字电路实验中的应用94.4 可编程逻辑器件在电气传动中的应用10第五章可编程逻辑器件的发展现状12总结13参考文献14精品文档可编程器件技术原理与应用 摘 要本文介绍了可编程逻辑器件PLD的发展历程、分类、特点及其应用。可编程逻辑器件PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的器件，它具有在线修改能力即随时修改设计而不必改动其硬件电路，这一特点使其设计周期缩短、所设计系统的成本降低、稳定性提高。本文主要介绍了它在电子技术领域、ASIC设计、数字电路实验以及电气传动领域中的应用，并通过实例分析如何在可编程逻辑芯片中实现PWM技术。关键词：可编程逻辑器件，FPGA，ASIC ，高密度可编程逻辑器件前 言 数字电路经历了由早期的电子管、晶体管、中小规模集成电路发展到超大规模集成电路以及具有特定功能的专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的发展历程，ASIC的应用和发展标志着集成电路已进入了一个新的阶段。可编程逻辑器件（Programmable Logic Device ,PLD）是通过编程来实现数字逻辑功能的可编程ASIC，随着微电子技术的高速发展，特别是ASIC的市场需求，出现了现场可编程逻辑器件FPLD(Field Programmable Logic Device)，其中应用广泛的是现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)和复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmab1e Logic Device)。可编程逻辑器件的问世被称为“冲击硅谷的第三次浪潮”。其应用领域日益广泛，由于PLD器件的可开发性和灵活性，使其能够实现较丰富的逻辑功能。实现系统之间的硬件接口与通信功能。尤其当使用计算机系统过于浪费，用中小集成电路芯片又过于繁杂和功能不足的场合下，PLD器件为电子设计师提供了较为合适的第三种选择。其灵活的可编程能力、快速的并行信号处理方式、足够多的内部资源、无复位问题和程序跑飞困扰等优点使其在电子领域和电气传动等领域中有广泛的应用。第一章可编程逻辑器件的发展历程PLD是可编程逻辑器件(Programmable Logic Device)的简称。可编程逻辑器件PLD是一种数字电路，它是20世纪70年代发展起来的一种划时代的新型逻辑器件，在电子设计领域中使用可编程逻辑器件是最具活力和发展前途的一项技术。它可以由用户来进行编程和配置，利用它可以解决不同的逻辑设计问题。PLD由基本逻辑门电路、触发器以及内部连接电路构成，利用软件和硬件（编程器）可以对其进行编程，从而实现特定的逻辑功能。可编程逻辑器件（PLD）自70年代初期以来经历了从早期的可编程逻辑器件到结构上稍为复杂的可编程芯片再到功能齐全、编程灵活的可编程逻辑器件的发展过程，70年代初期的PLD主要用于解决各种类型的存储问题，如可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（EEPROM），由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能；结构稍为复杂的可编程逻辑器件在设计上有很强的灵活性，可以实现速度特性较好的逻辑功能，但由于结构简单，它们只能实现规模较小的电路；80年代中期，Altera公司和Xilinx公司同期推出了CPLD（复杂可编程逻辑器件Complex Programmable Logic Device）和FPGA（现场可编程门阵列Field Programmable Gates Array），它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点，可以实现较大规模的电路。进入90年代后，可编程逻辑集成电路技术进入了飞速发展的时期，除继续提高器件的集成度和速度等技术指标外，在系统可编程技术ISP（InSystem Programmability）和扫描测试技术的出现，使得可编程逻辑器件在器件编程技术和器件测试技术方面也获得了划时代的进步。可编程逻辑器件的特点随着数字集成电路的不断更新而不断增加，使得传统的数字系统设计方法发生了根本的改变。可编程逻辑器件的灵活性使得硬件系统设计师在实验室里用一台计算机、一套相应的EDA软件和可编程逻辑芯片就可以完成数字系统的设计与生产，而其中应用最广泛的可编程逻辑器件当属FPGA和CPLD。FPGA和CPLD都是可编程逻辑器件，它们是在可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑(GAL)等逻辑器件的基础上发展起来的。同以往的PAL、GAL比较，FPGA/CPLD的规模更大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA/CPLD实际上就是一个子系统部件，因此它受到了世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢迎1。FPGA是新一代面向用户的可编程逻辑器件，它的功能密度远远超过其它PLD器件，一块FPGA可以替代100200片标准器件或者（2040）片GAL器件，其I/O引脚数多达100余条。所以一片FPGA芯片可以替代多个逻辑功能复杂的逻辑部件或一个小型数字系统。CPLD器件的结构是一种与阵列可编程、或阵列固定的与或阵列形式。PAL、GAL都采用这种形式，但CPLD同它们相比，增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/O单元也有重大改进。一般情况下，CPLD器件中包含三种结构：可编程逻辑宏单元、可编程I/O单元、可编程内部连线。部分CPLD器件内还集成了RAM、FIFO（先进先出）或双口RAM等存储器，以适应DSP应用设计的要求。CPLD器件具有同FPGA器件相似的集成度和易用性，在速度上还有一定的优势，因此，在可编程逻辑器件技术的竞争中它与FPGA并驾齐驱，成为两支领导可编程逻辑器件技术发展的力量之一2。第二章可编程逻辑器件的分类及开发工具2.1可编程逻辑器件主要分类复杂可编程逻辑器件(Complex Program Logic Device)CPLD和现场可编程门阵列(FPGA)。CPLD内部结构与以往简单的PLD器件(如PAL或GAL)类似，只是容量比PLD高，一般采用EPROM、EEPROM或FLASH结构，其内部逻辑块大，特别适合控制逻辑、译码逻辑以及时序逻辑的应用。FPGA的内部结构与CPLD截然不同，它是由许多微小的逻辑块阵列组成，各个逻辑块阵列四周被I/O块包围，通过编程方式将这些微小的逻辑块连接起来，从而实现各种复杂的逻辑运算，因此FPGA具有逻辑单元小、密度高、数据通道资源丰富、寄存器多等特点，特别适合于复杂的逻辑运算。可编程逻辑器件的开发工具随着可编程逻辑芯片规模的不断扩大对芯片功能的2次开发就越来越依赖于专用的手段和工具，电子设计自动化技术(Electronic Design Automation，EDA)顺应了这种需求，使人们利用集计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学、人工智能学等多种计算机应用学科的最新成果开发而成的一整套软件工具，进行芯片逻辑功能的设计、仿真、时序分析、逻辑综合等。CPLD/FPGA的设计开发采用功能强大的EDA工具,通过符合国际标准的硬件描述语言(如VHDL或VERILOG-HDL)来进行电子系统设计和产品开发,开发工具的通用性,设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用的CPLD/FPGA器件的硬件结构没有关系,所以设计成功的逻辑功能软件有很好的兼容性和可移植性,开发周期短，易学易用,开发便捷3。2.2 FPGA和CPLD的概况它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽的特点。这两种器件兼容了简单PLD 和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与ASIC（Application Specific IC）相比，具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定等优点，用户可以反复地编程、擦除、使用，或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的能以及可实时在线检验。因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产之中。FPGA 和CPLD 由三大部分组成，即一个二维的逻辑块阵列，是PLD 器件的逻辑组成核心；输入/输出块；连接逻辑块的互连资源。连线资源是由各种长度的连线线段组成，其中也有一些可编程的连接开关。它们用于逻辑块之间、逻辑块与输入/输出块之间的连接。（1）FPGA：即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA 提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和最高的性能。这些先进的器件还提供诸如内建的硬连线处理器、大容量存储器、时钟管理系统等特性，并支持多种最新的超快速器件至器件信号技术。（2）CPLD：CPLD即复杂可编程逻辑器件，是一种比PLD复杂的逻辑元件。CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。与FPGA相比CPLD提供的逻辑资源少得多，但是CPLD提供了非常好的可预测性，因此对于关键的控制应用非常理想。而且如Xilinx CoolRunner 系列CPLD器件需要的功耗极低，并且价格低廉，从而使其对于成本敏感、电池供电的便携式应用（如移动电话和数字手持助理）非常理想。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送。2.3 FPGA 和CPLD的对比尽管FPGA 和CPLD 都是可编程ASIC 器件，有很多共同点，但由于CPLD 和FPGA 结构上的差异，具有各自的特点：（1）FPGA是细粒结构，这意味着每个单元间存在细粒延迟。如果将少量逻辑紧密排列在一起，FPGA 的速度相当快。然而，随着设计密度的增加，信号不得不通过许多开关，路由延迟也快速增加，从而削弱了整体性能。FPGA是“寄存器丰富”型（即其寄存器与逻辑门的比例高），而CPLD正好相反，它是粗粒结构，是“逻辑丰富”型，这意味着进出器件的路径经过较少的开关，相应地延迟也小。因此,与等效的FPGA相比，CPLD可工作在更高的频率，具有更好的性能；（2）CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀和可预测的，而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性；（3）CPLD比FPGA使用起来更方便。CPLD的编程采用E2PROM或FASTFLASH技术，无需外部存储器芯片，使用简单。而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上，使用方法复杂；（4）FPGA 的集成度比CPLD 高，具有更复杂的布线结构和逻辑实现；（5）一般情况下，CPLD的功耗要比FPGA大且集成度越高越明显；（6）CPLD 的速度比FPGA 快，并且具有较大的时间可预测性。这是由于FPGA 是门级编程，并且CLB之间采用分布式互联，而CPLD是逻辑块级编程，并且其逻辑块之间的互联是集总式的；（7 ）CPLD 更适合完成各种算法和组合逻辑，FPGA 更适合于完成时序逻辑。换句话说，FPGA 更适合于触发器丰富的结构，而CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构；（8）FPGA在编程上比CPLD具有更大的灵活性。CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程，FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程；FPGA可在逻辑门下编程，而CPLD 是在逻辑块下编程；（9）在编程方式上，CPLD 主要是基于E2PROM或FLASH 存储器编程，编程次数可达1 万次，优点是系统断电时编程信息也不丢失。FPGA 大部分是基于SRAM 编程，编程信息在系统断电时丢失，每次上电时，需从器件外部将编程数据重新写入SRAM中。其优点是可以编程任意次，可在工作中快速编程，从而实现板级和系统级的动态配置；（10）CPLD 保密性好，FPGA保密性差。总之，CPLD与FPGA由于各自的特点与优势，使得二者在可编程逻辑器件技术的竞争中并驾齐驱，成为两支领导可编程器件技术发展的主要力量。在选择CPLD 还是FPGA 时，可根据不同的技术要求和设计环境做出最佳选择。对用户而言，CPLD 与FPGA的内部结构确有不同，但随着技术的发展，一些厂家陆续推出了一些新的CPLD 和FPGA，这些产品逐渐模糊了CPLD 和FPGA的区别。例如Altera 的MAX系列，基于LUT结构，集成配置芯片，在本质上就是一种在内部集成了配置芯片的FPGA，但由于配置时间极短，上电就可以工作，所以对用户来说，感觉不到配置过程，又与传统的CPLD 一样。第三章可编程逻辑器件的特点早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。PAL（可编程阵列逻辑）结构的扩展型CPLD和FPGA弥补了这一缺陷，它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。这两种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与其它ASIC相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10，000件以下)之中。几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件。设计人员只需通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计，用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。FPGA/CPLD软件包中有各种各样的输入工具、仿真工具以及版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作4。在CPLD/FPGA开发软件中完成设计以后，软件会产生一个最终的编程文件。将编程文件烧到CPLD芯片中去，可以根据情况选择乘积项(Product-Term)技术、查找表技术(Look-Up table)技术以及反熔丝(Anti-fuse)技术等三种技术。可根据设计要求进行选择CPLD还是FPGA。CPLD分解组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以分解十几个甚至2030多个组合逻辑输入。而FPGA的一个LUT(表)只能处理4个输入的组合逻辑，因此，CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑。但FPGA的制造工艺决定了FPGA芯片中包含的LUT和触发器的数量非常多，往往都是成千上万，CPLD一般只能做到512个逻辑单元，而且如果用芯片价格除以逻辑单元数量，FPGA的平均逻辑单元成本大大低于CPLD。所以如果设计中使用到大量触发器，例如设计一个复杂的时序逻辑电路，则使用FPGA就是一个很好的选择5。第四章 可编程逻辑器件的应用随着电子技术的高速发展，今天的CPLD和FPGA器件在集成度、功能和性能（速度及可靠性）方面已经能够满足大多数场合的使用要求。用CPLD、FPGA等大规模可编程逻辑器件取代传统的准集成电路、接口电路和专用集成电路已成为技术发展的必然趋势。4.1可编程逻辑器件在电子技术领域中的应用在微机系统中应用FPGA/CPLD可以取代现有的全部微机接口芯片，实现微机系统中的地址译码、总线控制、中断及DMA控制、内存管理和I/O接口电路等功能。利用CPLD和FPGA可以把多个微机系统的功能集成在同一块芯片中，即进行所谓的“功能集成”。在通信领域中的应用现代通信系统的发展方向是功能更强、体积更小、速度更快、功耗更低。FPGA/CPLD在集成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。所以现在无论是民用的移动电话、程控交换机、集群电台、广播发射机和调制解调器，还是军用的雷达设备、图像处理设计技术、遥控遥测设备以及加密通信机都已广泛地使用大规模可编程逻辑器件6。在数字信号处理技术（DSP）领域中的应用，DSP在很多领域内具有广泛的用途，如雷达、图像处理、数据压缩、数字电视和数字通信机等。随着DSP系统复杂程度和功能要求的提高，用DSP解决方案愈现出其缺陷性：实时性不强、灵活性太差，这些缺陷就决定了DSP不适合在实验室或技术开发等场合使用。现在，FPGA/CPLD为DSP提供了解决问题的方案，FPGA/CPLD和DSP的技术结合，能够在集成度、速度（实时性）和系统功能方面满足DSP的需要。应用FPGA/CPLD设计DSP系统就可以减少系统体积，提高系统的工作速度。例如，用FPGA可以将一块PC机卡大小的图像处理板缩小到一块FPGA芯片和几片外围电路上。可编程逻辑器件是逻辑器件家族中发展最快的一类器件，可编程逻辑器件的出现使得其产品开发周期缩短、现场灵活性好、开发风险变小，随着工艺、技术及市场的不断发展，PLD产品的价格将越来越便宜、集成度越来越高、速度也越来越快，再加上其设计开发采用符合国际标准的、功能强大的通用性EDA工具，可编程逻辑器件的应用前景将愈来愈广阔，FPGA/CPLD以其不可替代的地位，将受到越来越多的业内人士的关注7。4.2可编程逻辑器件在ASIC设计中的应用可编程逻辑器件是在ASIC（专用型集成电路Application Specific Integrated Circuit）设计的基础上发展起来的，在ASIC设计方法中，通常采用全定制和半定制电路设计方法，设计完成后，如果不能满足要求，就得重新设计再进行验证。这样就使得设计开发周期变长，产品上市时间难以保证，大大增加了产品的开发费用。FPGA/CPLD芯片是特殊的ASIC芯片，它们除具有ASIC的特点之外，还具有自身的优势。目前，ASIC的容量和密度越来越大，密度已达到平均每平方英寸1百万个门电路。但随着密度的不断提高，芯片受到引脚的限制也越大，片上引脚虽然很多，但接入内核的引脚数目却是有限的。而选用FPGA/CPLD则不存在这样的限制，因为现在可达到的金属层数目增强了产品的优势，FPGA/CPLD芯片的规模越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，实现的功能也越来越强，同时可以实现系统集成。另外，与ASIC相比，可编程逻辑器件研制周期较短，先期开发费用较低，也没有最少订购数量的限制，所有这一切简化了库存管理。随着每个门电路成本的降低和每个器件中门电路数量的增加，可编程逻辑器件正向传统的门阵列领域进军，并有少量的已经打入了标准单元ASIC的领域8 。把一个有专用目的并具有一定规模的电路或子系统集成化而设计在一个芯片上，这就是专用集成电路ASIC的设计任务，通常ASIC的设计要么采用全定制电路设计方法，要么采用半定制电路设计方法进行检验，若不满足要求，还要重新设计再进行验证。这样，不但开发费用高，而且设计开发周期长，因此设计出的产品性价比不高，显然，产品没有市场竞争力，自然就降低了产品的生命周期，对于传统的ASIC设计方法来说，这个弱点又是不可避免的。随着设计方法的不断完善，不仅需要简化设计过程，而且，越来越需要降低系统体积和成本，提高系统的可靠性，缩短研制周期，于是希望有一种由很多厂家都可提供的，具有一定连线的结构和已封装好的全功能的标准电路。由于共同性强，用量大，所以成本也不高。这种器件可以由用户根据需要自行完成编程设计工作，用某种编程技术自己“烧制”使内部电路结构实现再连接，也就是说用户既是使用者又是设计者和制造者，这种器件就是PLD，它的引入就形成了半定制电路设计方法的可编程ASIC。目前，高密度可编程逻辑器件（HDPLD）有两种用途:一是用于最终产品;一是用于ASIC化的前道工序的开发试制品。CPLD/FPGA在国际上现已成为很流行的标准化IC芯片，从我国的国情来看，将CPLD/FPGA用于ASIC原形设计会得到大力推广。4.3 可编程逻辑器件在数字电路实验中的应用现在，在数字电路的实验中，大量使用基本门电路（如74LS00系列），触发器（如74LS74），中规模集成电路等，安排整个数字电路实验课程需要准备十几种甚至几十种数字逻辑集成芯片，给器件的选购、管理带来了较大的工作量，尤其是有些逻辑芯片只是用一次就不再使用了，使得闲置逻辑芯片大大增加，增加了经费开支。如果使用PLD,在组合电路和相关实验中可以把PLD编写为各种组合式门电路结构，还可以用它构成几乎所有的中规模组合集成电路,如译码器、编码器，数据选择器等。在做触发器实验中，利用一片GAL16V8可以同时实验R-S触发器、J-K触发器、D触发器、T触发器等基本触发器；在做时序逻辑电路实验时，可以利用一片GAL16V8实现4位可逆计数器、4位双向移位寄存器、4位串行移位寄存器等中规模时序逻辑电路。当然利用复杂的PLD可以构成功能更加强大的逻辑电路。由此可以看出，在把PLD用于数字电路实验后，一般实验只要准备一种电路集成芯片即可，这就大大减小了器件选购、管理的工作量及经费的开支；在做不同的实验时仅仅需要写入不同的内容即可,而这一工作是非常容易完成的，只需把PLD芯片插入编程器敲几下键盘就可以。可编程逻辑器件在数字电路中的应用不仅可以减少工作量和经费开支，而且从很大程度上改变了以往从事数字电路系统设计、调试、运行的工作方式6。首先，它使硬件的设计工作更加简单方便了。因为电路的逻辑功能可以由编程数据设定，而且能在线装入和修改，所以硬件的设计和安装可以一次完成。这样就节省了修改硬件电路耗费的人力和物力。其次，在调试工作中通过写入编程数据很容易将电路设置成各种便于调试的状态，对电路进行测试，这比通过直接设置硬件电路的状态要方便的多9。4.4 可编程逻辑器件在电气传动中的应用现代电气传动控制是建立在电力电子变流技术的基础上，而电力电子变流技术都是通过对功率器件的开关控制来实现的，可以说，控制策略是变流技术的核心和灵魂。20世纪80年代以来，随着电力电子开关器件的发展和现代控制理论的进步，交流电气传动获得了很大发展，特别是基于静止旋转坐标变换的矢量控制策略的应用、直接转矩控制策略的发展，使感应电机的变频调速性能获得了很大程度的提高，而后，各种先进的现代控制技术(如变结构控制、滑模控制、模糊控制、自适应控制等)在电气传动控制中被采用，进一步改善控制系统的调速性能。然而，在现代高性能的调速系统中，几乎没有不依靠复杂的控制算法来实现的；这种复杂的控制算法要依靠CPU控制芯片来完成，同时还应保证算法的实时性，因此对CPU的负担是极重的，有时不得不延长控制周期才能满足实时要求，而控制周期的延长将影响调整性能的提高。如果在控制系统中采用FPGA来实现控制算法，情况就完全不同了，因为控制算法用VHDL语言描述好，并通过逻辑综合工具装载到FPGA芯片以后，其控制算法不再像CPU程序那样一条一条地执行，而是通过硬件连接的并行算法实现的，完成整个控制运算所需的时间是极短的，而且由于是硬件连接，不存在CPU那种死机、程序跑飞等现象。因此在电气传动中利用FPGA实现复杂控制算法的应用也越来越广泛，其高集成度、高速和高可靠性的特点不仅可以解决CPU的抗干扰、复位、程序跑飞、程序执行速度慢等缺点，而且还可以将复杂的控制算法装载于一个芯片中，实现所谓的片上系统，从而大大缩小了体积，易于管理和屏蔽，其标准化的设计语言也使得已开发成功的控制算法或系统很容易利用和移植。第五章可编程逻辑器件的发展现状低密度PLD在一定时间内还存在一定时期；高密度PLD继续向更高密度更大容量迈进。具体体现在: 1、PLD正在由5V电压向低电压2.5V器件演进，这样有利于降低功耗。 2、ASIC和PLD相互融合。 3、ASIC和FPGA之间的界限正变的模糊。 4、集成度不断提高。微细化新工艺的推出以及市场的需求是集成度不断提高的基础和动力。许多公司在新技术的推动下，产品集成度迅速提高，尤其是近几年的迅速发展，其集成度已经达到了1000万门，现在有的PLD则达到了几百万系统门甚至一千万系统门。5、向系统级发展。现在已经逐渐