基于可编程逻辑器件的数字系统设计基于可编程逻辑器件的数字系统设计★内容提要首先简介可编程逻辑器件的基本原理及开发过程，并通过具体实例讨论基于PLD的电子系统设计的基本方法。★教学基本要求（1）掌握CPLD/FPGA的基本概念与结构。（2）掌握ACEX1K30可编程逻辑器件及应用（3）学会QuartusΠ的使用和VHDL语言★重点与难点本章重点：可编程逻辑器件及应用本章难点：VHDL语言主要教学内容一、基于PLD的电子系统设计方法仿真与定时分析编译设计输入程序下载测试修改设计1EDA设计流程二、数字系统的设计方式1图形设计方式2基于硬件描述语言的设计（1）VHDL语言（2）VerilogHDL三、可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD是一种由用户编程(配置)实现所需逻辑功能的新型逻辑器件。可编程逻辑器件PLD由于其可编程的特性，而且在IC设计过程中设计者通过计算机软件对电路进行仿真与验证，大幅度缩短了设计时间，加快产品面市速度，因此它一直在电子系统特别是数字电路系统设计中扮演着重要角色。1CPLD/FPGA基本概念三、可编程逻辑器件目前在我国常见的PLD生产厂家有XILINX、ALTERA、ACTEL、LATTICE、ATMEL、MICROCHIP和AMD等等，其中XILINX和ALTERA为两个主要生产厂家，XILINX的产品为FPGA，ALTERA的产品称为CPLD，各有优缺点。自问世以来，PLD经历了从PROM、PAL、GAL到FPGA，ispLSI等高密度PLD的发展过程。在此期间PLD的集成度、速度不断提高，功耗逐步降低，而功能不断增强，结构更趋合理，使用更加灵活方便。高密度的PLD可以分成两大类：复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammableLogicDevice，简称CPLD)和现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，简称FPGA)。三、可编程逻辑器件2CPLD/FPGA的基本结构CPLD由若干宏单元和可编程互连线构成。逻辑宏单元主要包括与或阵列、触发器和多路选择器等电路，能独立地配置为组合或时序工作方式。当前主流的CPLD基本采用这种结构，比如Altera公司的MAX7000和MAX9000系列等。可编程互连线是CPLD中另一个核心可编程结构。该结构是包含大量可编程开关的互连网络，提供芯片的I/O引脚和宏单元的输入输出之间的灵活互连。具有固定的延时是CPLD中可编程互连线的最显著特点。CPLD在实现较复杂的组合逻辑时可以消除信号之间的歪斜，更容易消除竞争冒险现象。目前主流的CPLD全部采用连续式互连线结构，比如MAX7000中的PIA结构和XC9500中的FastCONNECT结构。三、可编程逻辑器件与CPLD相比，FPGA具有更高的集成度、更强的逻辑功能和更大的灵活性。FPGA由可配置逻辑块（CLB，ConfigurableLogicBlock）、输入/输出模块（IOB，I/OBlock）和可编程互连线（PI，ProgrammableInterconnect），其中，可配置逻辑块是FPGA的基本结构单元，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成RAM等形式。3Altera的ACEX1K30简介ACEX1K30器件是Altera公司着眼于通信（如xDSL，路由器等）、音频处理及类似场合的应用而推出的芯片。三、可编程逻辑器件（1）ACEX1K30的内部结构三、可编程逻辑器件PinName(1)144-PinTQFP208-PinPQFP256-PinFineLineBGAMSEL0(2)77108P1MSEL1(2)76107R1nSTATUS(2)3552T16nCONFIG(2)74105N4DCLK(2)107155B2CONF_DONE(2)22C15INIT_DONE(3)1419G16nCE(2)106154B1nCEO(2)33B16nWS(4)142206B14nRS(4)141204C14（2）ACEX1K30的管脚功能三、可编程逻辑器件nCS(4)144208A16CS(4)143207A15RDYnBUSY(4)1116G14CLKUSR(4)710D15DATA7(4)116166B5DATA6(4)114164D4DATA5(4)113162A4DATA4(4)112161B4DATA3(4)111159C3DATA2(4)110158A2DATA1(4)109157B3DATA0(2),(5)108156A1TDI(2)105153C2TDO(2)44C16TCK(2)11B15三、可编程逻辑器件TMS(2)3450P15TRST(2)(6)51R16DedicatedInputs54,56,124,12678,80,182,184B9,E8,M9,R8DedicatedClockPins55,12579,183A9,L8GCLK1(7)5579L8LOCK(8)4262P12DEV_CLRn(3)122180D8DEV_OE(3)128186C9VCCINT(2.5V)16,50,75,85,103,12721,33,48,72,91,106,124,130,152,185,201E11,F5,F7,F9,F12,H6,H7,H10,J7,J10,J11,K9,L5,L7,L12,M11,R2VCCIO(2.5or3.3V)5,24,45,61,71,94,115,1345,22,34,42,66,84,98,110,118,138,146,165,178,194D12,E6,F8,F10,G6,G8,G11,H...
