pld考试题库及答案

pld考试题库及答案一、选择题（一）PLD基础概念1.以下哪种不属于可编程逻辑器件（PLD）的类型？A.PALB.GALC.CPUD.CPLD答案：C。解析：PAL（可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）都属于可编程逻辑器件，而CPU是中央处理器，不属于PLD类型。2.PLD的主要优点不包括以下哪一项？A.提高系统可靠性B.降低成本C.增加系统体积D.缩短设计周期答案：C。解析：PLD可以提高系统可靠性、降低成本、缩短设计周期，并且通常可以减小系统体积，而不是增加系统体积。3.最早出现的PLD是？A.FPGAB.PALC.GALD.EPLD答案：B。解析：PAL是最早出现的可编程逻辑器件，之后才陆续出现了GAL、EPLD、FPGA等。（二）PLD结构相关4.在PLD中，与阵列和或阵列都可编程的是？A.PLAB.PALC.GALD.CPLD答案：A。解析：PLA（可编程逻辑阵列）的与阵列和或阵列都是可编程的；PAL的与阵列可编程，或阵列固定；GAL是在PAL基础上发展而来，其结构与PAL类似；CPLD也有其特定的结构，但不是与阵列和或阵列都可编程。5.基于乘积项结构的PLD是？A.FPGAB.CPLDC.SRAM型FPGAD.反熔丝型FPGA答案：B。解析：CPLD是基于乘积项结构的PLD，而FPGA（包括SRAM型FPGA和反熔丝型FPGA）是基于查找表（LUT）结构的。6.以下关于PLD宏单元的说法，错误的是？A.宏单元可以实现组合逻辑B.宏单元可以实现时序逻辑C.宏单元只能实现组合逻辑D.宏单元包含触发器等元件答案：C。解析：宏单元既可以实现组合逻辑，也可以实现时序逻辑，它包含触发器等元件，所以C选项说法错误。（三）PLD编程相关7.以下哪种编程方式是一次性编程的？A.熔丝编程B.SRAM编程C.Flash编程D.EEPROM编程答案：A。解析：熔丝编程是一次性编程，一旦熔丝熔断就无法再改变；SRAM编程是易失性的，掉电后配置信息丢失；Flash编程和EEPROM编程都可以多次编程。8.对PLD进行编程时，需要使用的文件格式通常是？A..txtB..pdfC..jedD..doc答案：C。解析：.jed是PLD编程常用的JEDEC文件格式，用于存储编程信息；.txt是文本文件格式，.pdf是文档文件格式，.doc是Word文档格式，都不用于PLD编程。9.在PLD编程中，JTAG接口的主要作用是？A.数据传输B.编程下载C.显示信息D.电源供应答案：B。解析：JTAG接口主要用于PLD的编程下载，也可用于边界扫描测试等；它不是主要用于数据传输、显示信息和电源供应。二、填空题（一）PLD基本概念1.PLD按集成度可分为________和________。答案：低密度可编程逻辑器件（LDPLD）；高密度可编程逻辑器件（HDPLD）解析：根据集成度的不同，PLD可分为这两类，LDPLD如PAL、GAL等，HDPLD如CPLD、FPGA等。2.PLD的基本组成部分包括________、________和输出电路。答案：输入电路；与或阵列解析：PLD一般由输入电路对输入信号进行处理，与或阵列实现逻辑功能，输出电路将结果输出。3.可编程逻辑器件的发展经历了从简单到复杂的过程，早期的PLD有________和________。答案：PROM（可编程只读存储器）；PLA解析：PROM和PLA是早期出现的可编程逻辑器件，为后来PLD的发展奠定了基础。（二）PLD结构4.CPLD通常由________、________和可编程互连阵列组成。答案：可编程逻辑宏单元；可编程I/O单元解析：CPLD的基本结构包括这三个主要部分，可编程逻辑宏单元实现逻辑功能，可编程I/O单元负责输入输出，可编程互连阵列实现各部分之间的连接。5.FPGA的查找表（LUT）本质上是一个________。答案：小容量的SRAM解析：FPGA的查找表是基于SRAM实现的，通过存储不同的真值表来实现各种逻辑功能。6.GAL器件通过________技术实现了可重复编程。答案：EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）解析：GAL采用EEPROM技术，使得它可以多次擦除和编程。（三）PLD编程7.PLD编程的步骤通常包括设计输入、________、________、编程下载等。答案：功能仿真；布局布线解析：在PLD编程过程中，设计输入后需要进行功能仿真验证逻辑功能是否正确，然后进行布局布线确定逻辑单元和连线的位置，最后进行编程下载。8.对PLD进行编程时，常用的编程软件有________和________。答案：QuartusII；XilinxISE解析：QuartusII是Altera（现Intel）公司用于其FPGA和CPLD开发的软件，XilinxISE是Xilinx公司用于其FPGA开发的软件，它们都是常用的PLD编程软件。9.在JTAG编程中，TDI、TDO、TMS和TCK分别代表________、________、测试模式选择和测试时钟。答案：测试数据输入；测试数据输出解析：TDI是测试数据输入引脚，用于输入测试和编程数据；TDO是测试数据输出引脚，用于输出测试结果和状态信息。三、判断题（一）PLD基础概念1.PLD只能实现数字逻辑功能，不能实现模拟逻辑功能。（）答案：正确。解析：PLD主要用于实现数字逻辑功能，虽然有些混合信号PLD可以处理一定的模拟信号，但本质上还是以数字逻辑处理为主。2.所有的PLD都可以进行多次编程。（）答案：错误。解析：像熔丝编程的PLD是一次性编程的，不能进行多次编程。3.PLD的出现使得数字系统的设计更加灵活和高效。（）答案：正确。解析：PLD可以根据用户需求进行编程，大大提高了数字系统设计的灵活性和效率，缩短了设计周期。（二）PLD结构4.CPLD和FPGA的内部结构完全相同。（）答案：错误。解析：CPLD基于乘积项结构，FPGA基于查找表结构，它们的内部结构有很大差异。5.宏单元在PLD中只能实现简单的逻辑功能。（）答案：错误。解析：宏单元可以实现复杂的组合逻辑和时序逻辑功能，并非只能实现简单逻辑功能。6.PLD的与或阵列是固定不变的，不能进行编程。（）答案：错误。解析：不同类型的PLD其与或阵列的可编程情况不同，如PLA的与阵列和或阵列都可编程，PAL的与阵列可编程、或阵列固定。（三）PLD编程7.SRAM编程的PLD掉电后配置信息不会丢失。（）答案：错误。解析：SRAM编程的PLD是易失性的，掉电后配置信息丢失。8.对PLD进行编程时，只要将程序文件复制到PLD中即可完成编程。（）答案：错误。解析：PLD编程需要通过专门的编程软件和编程电缆，按照特定的编程流程将程序文件下载到PLD中，不是简单的复制操作。9.JTAG接口只能用于PLD的编程下载，不能用于其他功能。（）答案：错误。解析：JTAG接口除了用于PLD的编程下载，还可用于边界扫描测试等其他功能。四、简答题（一）PLD基础概念1.简述PLD的定义和主要特点。答：PLD（可编程逻辑器件）是一种由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。其主要特点包括：灵活性高：用户可以根据自己的需求对PLD进行编程，实现不同的逻辑功能，适应不同的应用场景。缩短设计周期：相比于传统的固定逻辑电路设计，使用PLD可以快速修改和验证设计方案，大大缩短了产品的开发时间。降低成本：减少了芯片数量和电路板面积，降低了系统的成本和功耗。提高可靠性：由于减少了芯片之间的连线，降低了故障发生的概率，提高了系统的可靠性。可重复编程：大多数PLD可以进行多次编程和擦除，方便设计的修改和升级。2.说明PLD在数字系统设计中的作用。答：PLD在数字系统设计中具有重要作用：实现定制化逻辑：可以根据具体的设计需求，通过编程实现各种复杂的逻辑功能，满足不同用户的个性化要求。替代多个中小规模集成电路：用一片PLD可以替代多个传统的中小规模集成电路芯片，减少了电路板上的元件数量，降低了系统的复杂度。便于系统升级和修改：当系统需要进行功能扩展或修改时，只需要对PLD进行重新编程，而不需要重新设计电路板，提高了系统的可维护性和可升级性。提高系统性能：PLD的高速运算能力和并行处理能力可以提高数字系统的运行速度和处理效率。降低开发成本和风险：减少了硬件开发的成本和时间，同时也降低了因设计错误导致的风险。（二）PLD结构3.比较CPLD和FPGA的结构特点。答：CPLD和FPGA是两种常见的高密度可编程逻辑器件，它们的结构特点对比如下：基本结构：CPLD基于乘积项结构，由多个可编程逻辑宏单元、可编程I/O单元和可编程互连阵列组成。宏单元通过与或阵列实现逻辑功能，适用于实现复杂的组合逻辑。FPGA基于查找表（LUT）结构，由大量的查找表、触发器、可编程互连资源和I/O块组成。查找表本质上是一个小容量的SRAM，通过存储真值表来实现逻辑功能，更适合实现时序逻辑和大规模的逻辑电路。集成度：CPLD的集成度相对较低，一般适用于中小规模的数字系统设计。FPGA的集成度较高，可以实现非常复杂的大规模数字系统。编程方式：CPLD通常采用EEPROM或Flash技术进行编程，具有非易失性，掉电后配置信息不会丢失。FPGA大多采用SRAM编程，是易失性的，掉电后需要重新加载配置信息；也有部分FPGA采用反熔丝或Flash技术实现非易失性编程。速度：CPLD的内部连线较短，信号传输延迟小，速度相对较快，适用于对速度要求较高的场合。FPGA的内部连线复杂，信号传输延迟相对较大，但随着技术的发展，其速度也在不断提高。功耗：CPLD的功耗相对较高，尤其是在工作频率较高时。FPGA可以通过动态配置等技术降低功耗，在低功耗应用中具有优势。4.解释PLD宏单元的组成和功能。答：PLD宏单元是PLD中实现逻辑功能的基本单元，其组成和功能如下：组成：与或阵列：用于实现组合逻辑功能，通过对输入信号进行与运算和或运算，提供所需的逻辑表达式。触发器：通常为D触发器或JK触发器，用于实现时序逻辑功能，存储和记忆状态信息。数据选择器：用于选择不同的输入信号或输出信号，实现信号的切换和控制。输出使能控制电路：用于控制宏单元的输出是否有效，提高系统的灵活性和可靠性。功能：组合逻辑功能：通过与或阵列对输入信号进行逻辑运算，实现各种组合逻辑电路，如加法器、编码器、译码器等。时序逻辑功能：利用触发器存储和记忆状态信息，结合组合逻辑电路实现时序逻辑功能，如计数器、寄存器、状态机等。可编程性：宏单元的内部结构和连接方式可以通过编程进行配置，用户可以根据自己的需求实现不同的逻辑功能。（三）PLD编程5.简述PLD编程的一般步骤。答：PLD编程的一般步骤如下：设计输入：使用硬件描述语言（如VHDL、Verilog）或原理图输入等方式，将设计的逻辑功能描述出来，形成设计文件。功能仿真：在进行实际的布局布线之前，对设计文件进行功能仿真，验证设计的逻辑功能是否正确。通过输入不同的测试信号，观察输出结果是否符合预期。综合：将设计文件转换为门级网表，即把硬件描述语言描述的逻辑功能转换为具体的逻辑门和触发器等基本逻辑元件的连接关系。布局布线：根据PLD的内部结构和资源，将综合后的门级网表映射到PLD的具体逻辑单元和互连线上，确定各个逻辑元件的位置和连接方式。时序仿真：在布局布线完成后，进行时序仿真，考虑信号在PLD内部的传输延迟等因素，验证设计在实际工作中的时序性能是否满足要求。编程下载：使用编程软件和编程电缆，将经过布局布线和时序仿真验证后的配置文件下载到PLD中，使PLD实现设计的逻辑功能。6.说明JTAG接口在PLD编程中的作用和工作原理。答：作用：编程下载：JTAG接口是PLD编程的重要接口之一，通过它可以将配置文件下载到PLD中，实现对PLD的编程。边界扫描测试：可以对PLD内部的逻辑电路和外部引脚进行边界扫描测试，检测电路中的故障，提高系统的可靠性和可维护性。调试和监控：在PLD运行过程中，可以通过JTAG接口对其进行调试和监控，获取内部状态信息，方便故障排查和性能优化。工作原理：JTAG接口有四个主要引脚：TDI（测试数据输入）、TDO（测试数据输出）、TMS（测试模式选择）和TCK（测试时钟）。TCK提供时钟信号，控制数据的传输和状态的转换。TMS用于选择JTAG接口的工作模式，通过不同的TMS信号序列可以进入不同的测试和编程模式。数据通过TDI引脚输入到JTAG链中，经过内部的移位寄存器进行处理，处理结果通过TDO引脚输出。在编程时，配置数据从TDI引脚逐位输入到PLD中，在TCK时钟信号的控制下，数据被依次写入到PLD的配置存储器中。在边界扫描测试时，测试数据从TDI输入，经过边界扫描单元对内部逻辑电路和外部引脚进行测试，测试结果从TDO输出。五、设计题1.用PLD实现一个4位二进制加法计数器，并说明设计思路和实现步骤。设计思路：4位二进制加法计数器可以对输入的时钟信号进行计数，每来一个时钟脉冲，计数器的值加1。当计数器的值达到15（二进制1111）时，下一个时钟脉冲到来后计数器的值回到0，重新开始计数。可以使用PLD的触发器和组合逻辑电路来实现。触发器用于存储计数器的当前状态，组合逻辑电路用于实现状态的更新和进位输出。实现步骤：设计输入：使用硬件描述语言（如Verilog）来描述4位二进制加法计数器的功能。以下是一个简单的Verilog代码示例：```verilogmodulecounter_4bit(inputwireclk,inputwirereset,outputreg[3:0]count);always@(posedgeclkorposedgereset)beginif(reset)begincount<=4'b0000;endelsebegincount<=count+1;endendendmodule```功能仿真：使用仿真工具（如ModelSim）对上述代码进行功能仿真。编写测试平台代码，为计数器提供时钟信号和复位信号，观察计数器的输出是否符合预期。以下是一个简单的测试平台代码示例：```verilogmoduletb_counter_4bit;regclk;regreset;wire[3:0]count;counter_4bituut(.clk(clk),.reset(reset),.count(count));initialbeginclk=0;reset=1;10reset=0;200$finish;endalways5clk=~clk;endmodule```综合：使用综合工具（如QuartusII或XilinxISE）将Verilog代码进行综合，提供门级网表。布局布线：根据所选的PLD型号和综合后的门级网表，进行布局布线，确定逻辑单元和连线的位置。时序仿真：在布局布线完成后，进行时序仿真，考虑信号的传输延迟等因素，验证计数器在实际工作中的时序性能。编程下载：使用编程软件和编程电缆，将配置文件下载到PLD中，使PLD实现4位二进制加法计数器的功能。2.设计一个基于PLD的简单抢答器，要求有4个抢答按钮，一个复位按钮，抢答成功后有相应的指示灯显示。说明设计思路和实现步骤。设计思路：抢答器的主要功能是当有选手按下抢答按钮时，判断该选手是否为第一个抢答的，并通过指示灯显示抢答成功的选手编号。复位按钮用于在一轮抢答结束后，将抢答器恢复到初始状态，允许下一轮抢答。可以使用PLD的组合逻辑和时序逻辑来实现。组合逻辑用于判断哪个按钮先被按下，时序逻辑用于锁存抢答结果和控制指示灯的显示。实现步骤：设计输入：使用硬件描述语言（如VHDL）来描述抢答器的功能。以下是一个简单的VHDL代码示例：```vhdllibraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity抢答器isPort(clk:inSTD_LOGIC;