第22讲 可编程逻辑器件[84-89].ppt

1、1,第八章 可编程逻辑器件(8%) Programmable Logic Devices,电子线路2 第22讲 31 May 2011,Pages 402 439 数字电子技术基础 阎石 主编 高等教育出版社，2009,8.4 通用阵列逻辑（GAL） 8.5 可擦除的可编程逻辑器件（EPLD） 8.6 复杂的可编程逻辑器件（CPLD） 8.7 现场可编程门阵列（FPGA） 8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS） 8.9 PLD的编程,2,8.4 通用阵列逻辑GAL,8.4.1 电路结构形式,可编程“与”LA ：3264位 输入缓冲器：10； TS输出缓冲器：8 反馈/输入缓冲器：8

2、输出逻辑宏单元：8 OLMC,编程单元：E2CMOS,GAL16V8三个编程单元构成的与门,PAL种类繁多GAL16V8(1985, Lattice公司-美国莱迪斯),P403 图8.4.1 GAL16V8 电路结构图,3,编程单元的地址分配：行地址映射图，非实际空间布局！,编程在开发系统控制下完成！,编程数据有第9脚串入64位移位寄存器！,装满一行写入一行逐行！,4,8.4.2 OLMC-输出逻辑宏单元,只要给GAL写入不同的控制字，就可以得到不同类型的OC结构，取代各种PAL的OC结构！,5,GAL是一种较为理想的高输入阻抗器件10微安!,8.4.3 GAL的输入和输出特性,漏区特殊的磷注

3、入，D-S电压超过23V时产生非破坏性击穿,未使用的输入端不应悬空，接VCC或地，消除感应电荷，抑制外界干扰!,6,在负载电流过大时，软开关特性能降低脉冲电流的峰值!,8.4.3 GAL的输入和输出特性,G6比G5的开关速度 慢约1.5ns，具有 “软开关特性”,When =5 V: VOH2.9 V for RL200!,7,结构组成： “与-或”阵列（PAL） + OLMC,8.5 可擦除的可编程逻辑阵列EPLD,比PAL、GAL集成度更高 AT22V10 (Atmel公司-美国爱特梅尔 ),Open P413 FIG. 8.4.1 AT22V10,封装形式： 双列直插式（DIP, 24脚

4、）or 表面安装式（SMT, 28脚）,结构特点： 1. CMOS工艺低功耗、高噪声容限； 2. UVEPROM工艺可靠性高、集成度高，万门； 3. OLMC+预置数+异步置零使用灵活； 4. 与、或阵列引入可编程提高乘积项利用率。,8,8.6 复杂的可编程逻辑阵列CPLD,64个I/O Cell； 编程控制电路； 32个通用逻辑模块GLB； 可编程的内部连线区。,CPLDispPLD： GAL功能模块与开关矩阵的集成！,种类繁多！ 大半导体厂商生产！ 不断推陈出新！ 具体结构形式不同！ 基本原理接近！,ispLSI1032 逻辑功能划分框图,9,ispLSI1032 电路结构框图,10,得名

5、：若干独立的PLB，排列同门阵列，百万门。,8.7 现场可编程门阵列FPGA,8.7.1 基本结构,1.三种可编程单元 I/O模块：IOB 可编程逻辑模块：CLB 互连资源：IR 2.存放编程数据的SRAM 3. 大部分引脚连IOB,11,本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路，将许多CLB组合起来，可形成大系统。,*8.7.2 FPGA的IOB和CLB,可以设置为输入/输出；输入时可设置为：同步（经触发器）和异步（不经触发器）；,*8.7.3 FPGA的互联资源,布线区丰富的连线：金属线、开关矩阵、可编程连接点。,*8.7.4 编程数据的装载,数据可先放在EPROM或PC机中； 通电

6、后，自行启动FPGA内部的时序控制逻辑电路，将在EPROM中存放的数据读入FPGA的SRAM中； “装载”结束后，进入编程设定的工作状态。,12,8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）,诞生原因： 在一个由多片ispPLD构成的数字系统中，为了改变逻辑功能，不仅要重新设置每个ispPLD 的组态，也要改变它们之间的连接及与外围电路的连接。,构成： 可编程开关矩阵PSM 输入/输出单元IOC,原理： 通过编程使交叉点联通，A列的任一IOC与列任一IOC接通！,13,ispGDS22的 输入/输出单元IOC,数据选择器,C0=0, 输出方式,C2C1=01, 输出高,C2C1=00, 输

7、出低,C2C1=11, 输出来自SM信号 C2C1=10, 输出反相的SMS,ispGDS的应用 1. 使硬件设计简单、方便； 2. 通过写入编程数据调试； 3. 利于不改变硬件升级换代； 4. 利于恶劣环境遥控测试或修改逻辑功能！,14,以上各种PLD均需离线进行编程操作，使用开发系统。,8.9 PLD的编程,硬件：计算机+编程器 软件：开发环境（软件平台）： 早期：汇编型软件，PALASDM、FM； 中期：编译型软件，高级编程语言，VHDL, Verilog； 近期：集成化软件包。,一、开发系统,二、开发步骤,抽象； 选定PLD； 选定开发系统；,4. 编写源程序； 5. 上机运行； 6. 调试，运行仿真下载； 7. 测试。,15,三、器件的编程接口,开发 环境,使用ispPLD的优点 *不再需要专用编程器 *为硬件的软件化提供可能 *为实现硬件的远程构建提供可能,关于编程接口和操作流程见P437-438,16,*第九章 硬件语言描述,利用硬件描述语言并借助EDA工具，可以完成从系统、算法、协议的抽象层次对电路进行建模、仿真、性能分析直到IC版图或PCB版图生产的全部设计工作。 最常用的硬件描述语言： VHDL、 Verilog HDL 基本程序结构 词法构成 模块的两种描述方式 描述逻辑电路实例,自习作业！