第2章可编程逻辑器件VIP免费

第1页共32页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共32页第二章可编程逻辑器件2.1概述可编程逻辑器件（PLD，ProgrammableLogicDevices）是20世纪70年代发展起来的一种集成器件。PLD是大规模集成电路技术发展的产物，是一种半定制的集成电路，结合计算机软件技术（EDA技术）可以快速、方便地构建数字系统。常用的PLD就其集成度而言可分为简单PLD和复杂PLD两大类，如图2-1所示。简单PLD包括PROM、PLA、PAL、GAL等，它们的集成度很低，每只器件中可用的逻辑门大约在500门以下。复杂PLD芯片的集成度较高，现在大量使用的CPLD、FPGA器件都属于这一类，它们是20世纪80年代中期发展起来的高密度芯片，每只器件可含有上万门可用的逻辑门。图2-1PLD按集成度分类可编程器件从结构上可分为乘积项结构器件和查找表结构器件。前者的基本结构为“与-或阵列”的器件，大部分简单PLD和CPLD都属于这个范畴；后者是由简单的查找表组成可编程门，再构成阵列形式，FPGA属于此类器件。2.2简单可编程器件2.2.1PLD的基本结构第2页共32页第1页共32页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共32页可编程逻辑器件(PLD)的基本结构如图2-2所示，它由输入缓冲器、与阵列、或阵列、输出缓冲器等4部分功能电路组成。与阵列和或阵列是PLD的核心，通过用户编程可实现“与-或”逻辑。其中，与阵列产生逻辑函数所需的与项（乘积项），而或阵列选择所需的与项，实现或逻辑，构成“与-或”逻辑函数（乘积项之和）。输入缓冲电路主要对输入变量进行预处理，为与阵列提供互补的输入变量，即原变量和反变量。输出缓冲电路主要用来对输出的信号进行处理。对于不同的PLD，其输出缓冲电路的结构后很大的差别，通常含有三态门、寄存器、逻辑宏单元等。用户可根据需要进行编程实现不同类型的输出结构，即能输出组合逻辑信号，也能输出时序逻辑信号，并能决定输出信号的极性。输出缓冲电路还可以把某些输出端，经反馈通路引回到与阵列，使输出端具有I/O功能。图2-2可编程逻辑器件(PLD)的基本结构2.2.2PLD的表示方法用来描述PLD内部电路结构的一些表示方法，与通常逻辑电路的表示方法有所不同。这些表示法的特点是将芯片内部的结构配置与逻辑图一一对应起来，使器件制造商和电路设计者较容易掌握。PLD的表示法在电路结构、物理结构、版图的布局之间都有很巧妙的映射，因此读起来十分方便。为了能形象地描述PLD的内部结构，并便于识读，现在广泛采用下面的逻辑表示方法。1.互补输入缓冲电路PLD中互补输入缓冲电路可用如图2-3（a）所示的符号来表示，它等效与图2-3（b）的逻辑结构，即它的输出分别是输入A的原变量和反变量。输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入输出……第3页共32页第2页共32页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共32页(a)(b)图2-3互补输入缓冲电路2.三态输出缓冲电路在PLD器件封装引脚有限的情况下，为充分利用有限的引脚，常将一部分引脚用作I/O端（既可作为输入端，也可作为输出端）使用。当I/O作为输出端时，常常用到具有一定驱动能力的三态输出缓冲电路，它具有同相输出和反相输出两种形式，在PLD的逻辑电路中分别以图2-4（a）和（b）所示的符号表示，其真值表如表2-1所示。表2-1三态输出缓冲电路的真值表(a)（b）图2-4三态输出缓冲电路3.与、或门阵列由于PLD的特殊结构，用通用的逻辑门符号表示比较繁杂，特用一些常用符号来简化表示，PLD中常用符号与国际符号对照表如表2-2所示。表2-2PLD中常用符号与国际符号对照表图2-5是PLD阵列中连接关系的表示。十字交叉线表示此二线未连接；交叉线的交叉CAFY0高阻10011110第4页共32页第3页共32页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共32页点上打黑点，表示固定连接，即在PLD出厂时已连接；交叉线的交叉点上打叉，表示改点可编程，在PLD出厂后通过编程，其连接可随时改变。图2-5PLD的连接表示法可编程与阵列是PLD的核心部分。为了便于对PLD逻辑关系的描述、编程和使用，可采用如图2-5所示的表示方法，它表示具有四个输入的与门。四条竖...