大学数字逻辑《可编程逻辑器件》复习课件

数字逻辑课程可编程逻辑器件复习课件数字逻辑课程期末复习日期2026年内容导览01器件概览与演进从PROM到FPGA的发展脉络02典型器件结构原理PAL、GAL、CPLD、FPGA内部剖析03编程与设计方法硬件描述语言与开发流程04应用与考点归纳典型应用与高频考点梳理01器件概览与演进从固定逻辑到可编程逻辑理解器件分类，把握演进主线逻辑器件分为两大阵营按照逻辑功能能否修改，逻辑器件分为两大类逻辑器件按功能可否修改，分为固定逻辑器件与可编程逻辑器件（PLD）两大阵营01第一类·功能已固化固定逻辑器件逻辑功能在制造时已确定，用户无法更改。典型代表：标准逻辑门、专用集成电路（ASIC）一经出厂功能不可变02第二类·功能可重配可编程逻辑器件（PLD）逻辑功能由用户编程确定，可反复修改，灵活性强。数字系统设计中因灵活、开发周期短、风险低而被广泛采用。本课程聚焦PLD的器件结构、工作原理与设计方法。课程主线对象灵活可编程从PROM到FPGA的演进可编程逻辑器件经历了由简单阵列到复杂可编程系统的演进早期PROM固定与阵列、可编程或阵列发展期PLA&PAL与、或阵列均可编程PAL：可编程与阵列、固定或阵列改进期GAL输出逻辑宏单元·电可擦写·可反复编程集成期CPLD集成多个逻辑宏单元，形成高密度可编程阵列成熟期FPGA查找表·可编程互连大规模高灵活可编程可编程器件的多种分类可从集成度和编程方式两个维度对PLD进行分类分类维度不同，但都体现器件灵活性的不断提升按集成度分类2类低密度PROM、PLA、PAL、GAL，门数较少高密度CPLD、FPGA，集成度大幅提升按编程特性分类2类一次性编程熔丝、反熔丝工艺可重复编程EPROM、EEPROM、SRAM、Flash

工艺分类维度不同，但都体现器件灵活性的不断提升02典型器件结构原理结构决定功能剖析内部阵列，理解工作原理简单PLD的三种阵列结构三种简单PLD的核心区别在于与阵列、或阵列是否可编程器件与阵列或阵列典型特点PROM固定可编程适合实现组合逻辑PLA可编程可编程灵活性高、成本较高PAL可编程固定常用、速度快与、或阵列的可编程组合，构成三种简单PLD阵列结构的核心区别与各自取舍阵列结构是理解所有

PLD

的基础，与阵列决定乘积项，或阵列决定乘积项的求和GAL的输出逻辑宏单元GAL通过输出逻辑宏单元实现输出方式的可重构通过可配置的输出逻辑宏单元，实现输出方式的可重构GAL的核心：输出逻辑宏单元核核心结构OLMC输出逻辑宏单元是GAL的核心集成集成或门、异或门、触发器与多路选择器配可配置能力输出模式灵活设定输出为组合输出或寄存器输出电平有效支持输出高电平有效或低电平有效输出反馈支持反馈到与阵列，便于构成复杂逻辑与状态机编程工艺采用电可擦写工艺，可反复编程，使用便捷CPLD的体系结构CPLD由多个逻辑宏单元经可编程互连构成，属于阵列扩展型结构逻辑宏单元内含与阵列、乘积项分配与触发器可编程互连宏单元间通过

PIA

连接I/O控制模块管理输入输出与

三态控制乘积项结构结构基于乘积项，逻辑延时较固定且可预测适用广泛适合实现组合逻辑、时序逻辑与中小规模控制FPGA的查找表结构FPGA基于查找表结构，通过可编程互连实现任意逻辑功能FPGA以查找表为核心，构成结构灵活的可编程逻辑实现平台可配置逻辑块（CLB）LUT·触发器核心由查找表（LUT）与触发器组成，查找表存储真值表，可实现任意组合逻辑函数。可编程互连资源信号布线连接各逻辑块，决定信号布线。输入输出块（IOB）引脚管理管理引脚的可编程输入输出。结构灵活，适合大规模、复杂逻辑与算法实现。CPLD与FPGA的对比CPLD与FPGA在结构和适用场景上各有侧重CPLD与FPGA关键特性对比对比项CPLDFPGA基本结构乘积项宏单元查找表逻辑块互连方式集总式互连分布式互连延时特性固定、可预测与布线相关集成容量中小规模大规模适用场景控制逻辑复杂算法系统选型需综合考虑

逻辑规模、速度要求

与

开发成本03编程与设计方法让器件按需工作掌握编程手段，熟悉开发流程器件的编程技术分类编程技术决定了器件能否反复修改与掉电保持五类编程技术对应不同的改写能力与存储特性，一次性、可重复、可无限次决定了应用场景的分野熔丝与反熔丝一次性编程写入后不可更改可靠性高、抗干扰强适合长期稳定场景不可改写内容固定、无法更新EPROM紫外线擦除通过紫外光照清除数据可重复编程支持多次重新写入擦除不便需专用设备、过程繁琐EEPROM电可擦写通电即可擦除数据可反复编程支持多次电擦写使用方便无需专用擦除设备硬件描述语言概述现代PLD设计普遍采用硬件描述语言完成硬件描述语言（HDL）用于描述数字系统的结构与行为HDL概述3种描述结构化描述按结构层次描述电路组成数据流描述用逻辑表达式描述信号关系行为描述用行为级语句描述功能可移植性强开发效率高便于仿真验证VHDL语法严谨，源于美国国防项目大型设计适用·大型设计VerilogHDL语法类C，易学易用工业界广泛应用适用·工业界广泛应用完整的开发设计流程PLD开发遵循从设计输入到下载验证的标准流程01设计输入用原理图或

HDL

描述电路功能02功能仿真验证逻辑功能是否正确03综合转换为门级或器件级网表04应用与考点归纳学以致用，以考促学梳理典型应用，锁定高频考点典型应用场景梳理可编程逻辑器件广泛应用于各类数字系统接口与逻辑转换协议·电平实现不同芯片间的协议与电平转换时序控制状态机构成状态机，完成复杂时序控制逻辑数字信号处理FPGA在

FPGA

中实现滤波、变换等算法原型验证ASIC前端作为

ASIC

设计前的功能验证平台通信与嵌入式三大领域用于通信设备、工业控制与消费电子高频考点归纳复习应重点掌握结构对比、分类依据与设计流程三类考点高频考点集中于结构对比、分类依据与设计流程三大主线器件分类固定逻辑与可编程逻辑的区别PLD

的分类维度阵列结构PROM、PLA、PAL的与阵列、或阵列可编程性GAL宏单元输出逻辑宏单元的组成可重构特性CPLD与FPGA查找表结构、互连方式与延时特性对比编程技术各类编程工艺的原理可重复编程能力设计流程从设计输入到下载验证的完整步骤与作用易错点与复习建议厘清易混概念，结合结构图记忆效果更佳易常见易错点结构混淆

CPLD乘积项结构

与

FPGA查找表结构工艺误认为所有PLD都能反复编程，忽略

一次性编程工艺阵列分不清

与阵列、或阵列

的可编程性差