可编程逻辑器件PLDProgrammableLogicDevice一课件

4.6可编程逻辑器件

（PLD,ProgrammableLogicDevice）一、PLD的基本特点1.数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类2.PLD的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的数字系统14.6可编程逻辑器件

（PLD,P可编程逻辑器件PLD是一种通用器件，但其逻辑功能可由用户通过编程来设定。与小规模通用型集成电路相比，用PLD实现数字系统，有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。与大规模专用集成电路相比，用PLD实现数字系统，有研制周期短、先期投资少、无风险、修改逻辑设计方便、小批量生产成本低等优势。PLD诞生于70年代。经历了从PROM、PLA、PAL、GAL到EPLD、CPLD、FPGA、ispD等高密度PLD的发展过程。二、用PLD设计数字系统的特点2可编程逻辑器件PLD是一种通用器件，但其逻辑功能可由用户通过PLD是实现电子设计自动化的硬件基础

基于芯片的设计方法可编程器件芯片设计电路板的设计电子系统传统电子系统设计方法固定功能元件电路板的设计电子系统EDA是“基于芯片的设计方法”传统的数字系统设计方法是“固定功能集成块+连线”。三、电子设计自动化（EDA－ElectronicDesignAutomation）当然，仅有PLD还不够，还要有EDA开发系统。3PLD是实现电子设计自动化的硬件基础基于芯片的四、基于PLD设计流程基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤：设计输入、设计实现、编程。其设计流程如下图。器件编程功能仿真设计输入原理图硬件描述语言设计实现优化合并、映射布局、布线器件测试时序仿真设计实现：生成下载所需的各种文件。器件编程：即“下载”和“配置”，即将编程数据放到具体的可编程器件中。4四、基于PLD设计流程基于可编程逻辑器件设计分为五、PLD的基本结构由与门构成的与阵列用来产生乘积项。由或门构成的或阵列用来产生乘积项之和的逻辑函数。

输入缓冲电路可以产生输入变量的原变量和反变量。

输出结构相对于不同的PLD差异很大，有些是组合逻辑输出结构，有些则是时序逻辑输出结构。5五、PLD的基本结构由与门构成的与阵列用来产生乘积项。六、PLD电路中门电路的表示法6六、PLD电路中门电路的表示法6可编程逻辑阵列PLA

（ProgrammableLogicArray）七、一种典型PLD举例（更多参看附录一）Y0=C⊙D7可编程逻辑阵列PLA（ProgrammableLogi4.4

组合逻辑电路的竞争-冒险现象一、竞争—冒险现象产生原因前面分析中：输入信号处于稳定状态（静态）；当输入信号处于跳变状态（动态），且tpd不能忽略时。在t1—t2时间内，电路输出端产生了Y=1的尖峰脉冲(噪声)；Y=AAY0tpdt1

t2

t3

t4AYA它不符合静态下Y=AA恒为0的逻辑关系。设静态时，动态，且

tpd≠0时,Y=？tpdAAtpd&1Y84.4组合逻辑电路的竞争-冒险现象一、竞争—冒险现象产竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象。竞争-冒险：由于竞争在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象。9竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象。竞争*二、检查竞争—冒险现象的方法1、化简法（对于简单的逻辑函数）3、实验法用示波器观察电路输出端有无尖峰脉冲。2、用计算机辅助分析的手段检查复杂的数字系统只要逻辑函数在一定的条件下能化成Y=AA

或Y=A+A

的形式，则可判定其电路有竞争—冒险的可能。

原则：检查是否有这样的输出门，当电路的输入信号变化时，它的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变。10*二、检查竞争—冒险现象的方法1、化简法（对于简单的逻辑函数例4.9.1试判断下图中的两个电路是否存在竞争-冒险现象。已知任何瞬间输入变量只可能有一个改变状态。a图：b图：当A=C=0时当B=C=1时，解：则判定两电路有竞争—冒险的可能有竞争-冒险11例4.9.1试判断下图中的两个电路是否存在竞争-冒险现象。三、消除竞争—冒险现象的方法1、在电路的输出端接入滤波电容。在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容（一般为几十～几百pF）；利用电容两端的电压不能突变的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变得比较缓慢，从而消除冒险现象。12三、消除竞争—冒险现象的方法1、在电路的输出端接入滤波电容。使电路静态时工作，动态时（即跳变时）封锁。2、在电路的输入端引入选通脉冲。&1AYPt1t2t3t40AAtpdtpd13使电路静态时工作，动态时（即跳变时）封锁。23、修改逻辑设计——增加冗余项。143、修改逻辑设计——增加冗余项。14思考题P186

R4.6.1P2054.3215思考题P186R4.6.1154.6可编程逻辑器件

（PLD,ProgrammableLogicDevice）一、PLD的基本特点1.数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类2.PLD的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的数字系统164.6可编程逻辑器件

（PLD,P可编程逻辑器件PLD是一种通用器件，但其逻辑功能可由用户通过编程来设定。与小规模通用型集成电路相比，用PLD实现数字系统，有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。与大规模专用集成电路相比，用PLD实现数字系统，有研制周期短、先期投资少、无风险、修改逻辑设计方便、小批量生产成本低等优势。PLD诞生于70年代。经历了从PROM、PLA、PAL、GAL到EPLD、CPLD、FPGA、ispD等高密度PLD的发展过程。二、用PLD设计数字系统的特点17可编程逻辑器件PLD是一种通用器件，但其逻辑功能可由用户通过PLD是实现电子设计自动化的硬件基础

基于芯片的设计方法可编程器件芯片设计电路板的设计电子系统传统电子系统设计方法固定功能元件电路板的设计电子系统EDA是“基于芯片的设计方法”传统的数字系统设计方法是“固定功能集成块+连线”。三、电子设计自动化（EDA－ElectronicDesignAutomation）当然，仅有PLD还不够，还要有EDA开发系统。18PLD是实现电子设计自动化的硬件基础基于芯片的四、基于PLD设计流程基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤：设计输入、设计实现、编程。其设计流程如下图。器件编程功能仿真设计输入原理图硬件描述语言设计实现优化合并、映射布局、布线器件测试时序仿真设计实现：生成下载所需的各种文件。器件编程：即“下载”和“配置”，即将编程数据放到具体的可编程器件中。19四、基于PLD设计流程基于可编程逻辑器件设计分为五、PLD的基本结构由与门构成的与阵列用来产生乘积项。由或门构成的或阵列用来产生乘积项之和的逻辑函数。

输入缓冲电路可以产生输入变量的原变量和反变量。

输出结构相对于不同的PLD差异很大，有些是组合逻辑输出结构，有些则是时序逻辑输出结构。20五、PLD的基本结构由与门构成的与阵列用来产生乘积项。六、PLD电路中门电路的表示法21六、PLD电路中门电路的表示法6可编程逻辑阵列PLA

（ProgrammableLogicArray）七、一种典型PLD举例（更多参看附录一）Y0=C⊙D22可编程逻辑阵列PLA（ProgrammableLogi4.4

组合逻辑电路的竞争-冒险现象一、竞争—冒险现象产生原因前面分析中：输入信号处于稳定状态（静态）；当输入信号处于跳变状态（动态），且tpd不能忽略时。在t1—t2时间内，电路输出端产生了Y=1的尖峰脉冲(噪声)；Y=AAY0tpdt1

t2

t3

t4AYA它不符合静态下Y=AA恒为0的逻辑关系。设静态时，动态，且

tpd≠0时,Y=？tpdAAtpd&1Y234.4组合逻辑电路的竞争-冒险现象一、竞争—冒险现象产竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象。竞争-冒险：由于竞争在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象。24竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象。竞争*二、检查竞争—冒险现象的方法1、化简法（对于简单的逻辑函数）3、实验法用示波器观察电路输出端有无尖峰脉冲。2、用计算机辅助分析的手段检查复杂的数字系统只要逻辑函数在一定的条件下能化成Y=AA

或Y=A+A

的形式，则可判定其电路有竞争—冒险的可能。

原则：检查是否有这样的输出门，当电路的输入信号变化时，它的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变。25*二、检查竞争—冒险现象的方法1、化简法（对于简单的逻辑函数例4.9.1试判断下图中的两个电路是否存在竞争-冒险现象。已知任何瞬间输入变量只可能有一个改变状态。a图：b图：当A=C=0时当B=C=1时，解：则判定两电路有竞争—冒险的可能有竞争-冒险26例4.9.1试判断下图中的两个电路是否存在竞争-冒险现象。三、消除竞争—冒险现象的方法1、在电路的输出端接入滤波电容。在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容（一般为几十～几百pF）；利用电容两端的电压不能突变的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变得比较缓慢，从而消除冒险现象。27三、消除竞争—冒险现