杨志忠数电(第3版)10-可编程逻辑器件

第10章可编程逻辑器件 可编程逻辑器件简介 可编程逻辑器件的应用 本章小结 主要要求 了解可编程逻辑器件的基本结构与类型 了解GAL16V8和ispLSI1016的结构与用法 10 1可编程逻辑器件简介 一 可编程逻辑器件的概念与特点 是由编程来确定其逻辑功能的器件 ProgrammableLogicalDevice 简称PLD 二 可编程逻辑器件的基本结构 二 可编程逻辑器件的基本结构 输入缓冲电路用以产生输入变量的原变量和反变量 并提供足够的驱动能力 由多个多输入与门组成 用以产生输入变量的各乘积项 二 可编程逻辑器件的基本结构 由多个多输入与门组成 用以产生输入变量的各乘积项 二 可编程逻辑器件的基本结构 由多个多输入或门组成 用以产生或项 即将输入的某些乘积项相加 二 可编程逻辑器件的基本结构 由PLD结构可知 从输出端可得到输入变量的乘积项之和 因此可实现任何组合逻辑函数 再配以触发器 就可实现时序逻辑函数 二 可编程逻辑器件的基本结构 一 按可编程部位分类 PROM PAL和GAL只有一种阵列可编程 称为半场可编程逻辑器件 PLA的与阵列和或阵列均可编程 称为全场可编程逻辑器件 三 可编程逻辑器件的类型 目前多用GAL 因为GAL可重复编程 工作速度高 价格低 具有强大的编程工具和软件支撑 并且用可编程的输出逻辑宏单元取代了固定输出电路 因而功能更强 通常简称HDPLD FPGA实现数据处理能力强 阵列型HDPLD实现逻辑控制的能力强 集成度 1000门的PLD称为HDPLD 二 按集成密度分类 FieldProgrammableGateArray 简称FPGA PROM PLA PAL和GAL均属低密度PLD ISP器件由于密度和性能持续提高 价格持续降低 开发工具不断完善 因此正得到越来越广泛的应用 普通PLD需要使用编程器进行编程 而ISP器件不需要编程器 三 按编程方式分类 即In SystemProgrammablePLD 简称ispPLD 四 典型可编程逻辑器件简介 采用CMOSE2PROM工艺 可电擦除 可重复编程 一 GAL16V8简介 8个I O端 1个时钟输入端 1个输出使能控制输入端 GAL16V8 OLMC中含有或门 D触发器和多路选择器等 通过对OLMC编程可得到组合电路输出 时序电路输出 双向I O端等多种工作组态 是E2CMOS器件 每片含64个触发器和32个锁存器 工作频率分60MHz 80MHz 90MHz和110MHz四档 采用 5V电源 ispLSI pLSI1016 二 ispLSI pLSI1016简介 通用逻辑块 即GenericLogicBlock 简称GLB 是ispLSI pLSI芯片内部的基本逻辑单元 是最关键的部件 系统的逻辑功能主要由它来实现 一个GLB的功能相当于半个GAL16V8 但比GAL更强 1016有16个GLB A0 A7和B0 B7 主要要求 了解用PLD实现逻辑函数的原理 了解用PLD设计逻辑电路的基本方法 10 2可编程逻辑器件的应用 一 PLD的简单应用举例 由于任何一个组合逻辑函数均可表示为标准与或式 因此 理论上可用PLD实现任何组合逻辑函数 一 PLD的简单应用举例 二 PLD的应用方法 二 PLD的应用方法 3 设计处理 开发软件首先对设计输入的文件进行 语法检查 编译和逻辑优化 这一步通过后 将进行 连接与适配 其作用是自动进行布局布线设计 连接与适配 通过后 将产生标准JEDEC文件 并自动生成一个有关设计信息的设计报告 它是按电子器件工程联合协会所制定的标准格式编写的关于器件编程信息的计算机文件 也称熔丝图文件 简称JED文件 把它下载到PLD中 即实现了逻辑电路 4 功能仿真 用以验证逻辑功能 5 下载 编程 普通PLD要用编程器进行下载 把待编程的器件插入编程器的插座内 使用编程器配套的编程软件就可以将JEDEC文件写入PLD芯片 对于ispPLD 不需要专用编程器 把用户电路板通过编程线与微机连接 利用菊花链下载软件 即可对ispPLD芯片进行在系统编程 即将JEDEC文件下载到器件中 使PLD具有所设计的逻辑功能 例 使用ispLSI1016实现同步七进制计数器 2 应用举例 ispLSI1016是美国Lattice公司的产品 可采用其支持软件SynarioSystem进行设计 2 设计输入采用电路图输入方式 3 利用SynarioSystem项目管理器窗口的操作完成设计处理与功能仿真 4 利用Lattice公司的 菊花链下载软件IDCD 将上一步生成的JEDEL文件下载到东南大学雨顺电子技术有限公司的SE 2实验板中 5 逻辑功能实测 利用SE 2实验板提供的时钟信号和译码显示电路 就可以观测ispLSI1016的工作情况 正常情况下将执行七进制计数功能 本章小结 PLD由与阵列 或阵列和输入输出电路组成 输入电路主要产生输入变量的原变量和反变量 并提供一定的输入驱动能力 与阵列用于产生逻辑函数的乘积项 或阵列用于获得积之和 因此 从原理上讲 可编程逻辑器件可以实现任何组合逻辑函数 输出电路可提供多种不同的输出结构 其中可包含触发器 从而使PLD也能实现时序逻辑功能 PLD根据可编程部位不同 分为半场可编程和全场可编程器件 PROM PAL和GAL只有一种阵列可编程 称为半场可编程逻辑器件 PLA的与阵列和或阵列均可编程 称为全场可编程逻辑器件 全场可编程器件由于技术复杂 价格昂贵 加上编程软件不够成熟 因此使用很少 而半场可编程器件简单 经济 编程软件丰富且成熟 因而应用广泛 其中最为常用的是GAL GAL具有可重复编程和输出可组态的优点 PLD采用PROM工艺的称为一次可编程器件 又简称OTP芯片 OTP是OnlyTimeProgrammable的缩写 如PAL等器件 采用E2PROM工艺的为可重复编程的