《数字电子技术基础》课程PPT教学课件（讲稿）第八章 可编程逻辑器件（PLD, Programmable Logic Device）

第八章可编程遇楫器件 本章的重点: 1.PLD的基本特征,分类以及每种类型的特点; 2.用PLD设计逻辑电路的过程和需要用的开发工具。 本章的重点在于介绍PLD的特点和应用,PLD内部的 详细结构和工作过程不是教学重点。 本章的难点: 在本章的重点内容中基本没有难点。但在讲授PLD 开发工具时,如能与实验课配合,结合本校实验室配 备的开发工具讲解更好

1 第八章 可编程逻辑器件 本章的重点： 1.PLD的基本特征，分类以及每种类型的特点； 2.用PLD设计逻辑电路的过程和需要用的开发工具。 本章的重点在于介绍PLD的特点和应用，PLD内部的 详细结构和工作过程不是教学重点。 本章的难点： 在本章的重点内容中基本没有难点。但在讲授PLD 开发工具时，如能与实验课配合，结合本校实验室配 备的开发工具讲解更好

第八章可编程還辑器件 概述 第一节可编程逻辑器件PLD概述 第二节可编程逻辑阵列PLA(略) 第三节可编程阵列逻辑(PAL) 第四节通用阵列逻辑(GAL) 第五节可擦除可编程逻辑器件(EPLD) 第六节现场可编程门阵列(FPGA)

2 第八章 可编程逻辑器件 第一节 可编程逻辑器件PLD概述 第二节 可编程逻辑阵列PLA（略） 第三节 可编程阵列逻辑(PAL) 第四节 通用阵列逻辑(GAL) 第五节 可擦除可编程逻辑器件（EPLD） 第六节 现场可编程门阵列（FPGA） 概述

概述 、数字集成电路按逻辑功能分类 目前集成电路分为通用型和专用型两大类。 通用集成电路:如前面讲过的SSI,MSI,PIO,CPU等。特点: 1可实现予定制的逻辑功能,但功能相对简单; 2.构成复杂系统时,功耗大、可靠性差,灵活性差。 3用户不可编程。 专用型集成电路(ASIC)分为定制型和半定制型。特点 (一)定制型:由用户提出功能,交工厂生产。其特点是 1体积小、功耗低、可靠性高, 2批量小时成本高,设计制造周期长。 (二)半定制型:是厂家作为通用产品生产,而逻辑功能由用户自 行编程设计的ASIC芯片。如可编程逻辑器件(PLD)。其特点是 1用户可编程,可加密,因此使用方便; 2组成的系统体积小,功耗低,可靠性高,集成度高; 3适合批量生产

3 概述 目前集成电路分为通用型和专用型两大类。 通用集成电路：如前面讲过的SSI，MSI，PIO，CPU等。特点： 1.可实现予定制的逻辑功能，但功能相对简单； 2. 构成复杂系统时，功耗大、可靠性差，灵活性差。 专用型集成电路（ASIC）分为定制型和半定制型。特点： （一）定制型：由用户提出功能，交工厂生产。其特点是 1.体积小、功耗低、可靠性高, 2.批量小时成本高，设计制造周期长。 （二）半定制型：是厂家作为通用产品生产，而逻辑功能由用户自 行编程设计的ASIC芯片。如可编程逻辑器件（PLD）。其特点是 1.用户可编程，可加密，因此使用方便； 2.组成的系统体积小，功耗低，可靠性高，集成度高； 3. 适合批量生产。 3.用户不可编程。 一、数字集成电路按逻辑功能分类

二、电子设计自动化(EDA- Electronic Design Automation)简介 1PLD是实现电子设计自动化的硬件基础: 传统的数字系统设计方法是“固定功能集成块+连线”,见图。 EDA是“基于芯片的设计方法”: 传统电子系统设计方法 基于芯片的设计方法 可编程器件 固定功能元件 芯片设计 电路板的设计 电路板的设计 电子系统 电子系统 当然,仅有硬件还不够,还要有EDA软件。本章只介绍硬件

4 1.PLD是实现电子设计自动化的硬件基础： 基于芯片的设计方法 可编程器件 芯 片 设 计 电路板的设计 电 子 系 统 传统电子系统设计方法 固定功能元件 电路板的设计 电 子 系 统 EDA是“基于芯片的设计方法”： 传统的数字系统设计方法是“固定功能集成块+连线”，见图。 二、电子设计自动化（EDA－Electronic Design Automation）简介 当然，仅有硬件还不够，还要有EDA软件。本章只介绍硬件

2.基于PL设计流程 基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤:设计输入、设计 实现、编程。其设计流程如下图 设计输入 原理图 功能仿真 硬件描述语言 设计实现 合并、映射…一-序 一优化 布局、布线 器件编程=====器件测试 设计实现:生成下载所需的各种文件 器件编程:即“下载”和“配置”,即将编程数据放到具体的可 器件中

5 2.基于PLD设计流程 基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤：设计输入、设计 实现、编程。其设计流程如下图。 器 件 编 程 功能仿真 设计输入 原理图 硬件描述语言 设计实现 优化 合并、映射 布局、布线 器件测试 时 序 仿 真 设计实现：生成下载所需的各种文件。 器件编程：即“下载”和“配置”，即将编程数据放到具体的可编程 器件中

3.用PLD设计数守系统的特点 采用PLD设计数字系统和中小规模相比具有如下特点: (1)减小系统体积:单片PLD有很高的密度,可容纳中 小规模集成电路的几片到十几片。(低密度PLD小于700门片, 高密度PLD每片达数万门,最高达25万门)。 (2)增强逻辑设计的灵活性:使用PLD器件设计的 系统,可以不受标准系列器件在逻辑功能上的限制;用户 可随时修改 3)缩短设计周期:由于可完全由用户编程,用PLD设 计一个系统所需时间比传统方式大为缩短;

6 3.用PLD设计数字系统的特点 采用PLD设计数字系统和中小规模相比具有如下特点： （1） 减小系统体积：单片PLD有很高的密度，可容纳中 小规模集成电路的几片到十几片。（低密度PLD小于700门/片， 高密度PLD每片达数万门，最高达25万门）。 （2） 增强逻辑设计的灵活性：使用PLD器件设计的 系统，可以不受标准系列器件在逻辑功能上的限制；用户 可随时修改。 (3) 缩短设计周期：由于可完全由用户编程，用PLD设 计一个系统所需时间比传统方式大为缩短；

(4)提高系统处理速度:用PLD与或两级结构实现任何逻辑 功能,比用中小规模器件所需的逻辑级数少。这不仅简化了系 统设计,而且减少了级间延迟,提高了系统的处理速度; (5)降低系统成本:由于PLD集成度高,测试与装配的量大 大减少。PLD可多次编程,这就使多次改变逻辑设计简单易行, 从而有效地降低了成本; (6)提高系统的可靠性:用PLD器件设计的系统减少了芯片 数量和印制板面积,减少相互间的连线,增加了平均寿命,提高 抗干扰能力,从而增加了系统的可靠性; (⑦)系统具有加密功能:多数PLD器件,如GAL或高密度可 编程逻辑器件,本身具有加密功能。设计者在设计时选中加密 项,可编程逻辑器件就被加密。器件的逻辑功能无法被读出, 有效地防止电路被抄袭

7 (4) 提高系统处理速度：用PLD与或两级结构实现任何逻辑 功能，比用中小规模器件所需的逻辑级数少。这不仅简化了系 统设计，而且减少了级间延迟，提高了系统的处理速度； (7)系统具有加密功能：多数PLD器件，如GAL或高密度可 编程逻辑器件，本身具有加密功能。设计者在设计时选中加密 项，可编程逻辑器件就被加密。器件的逻辑功能无法被读出， 有效地防止电路被抄袭。 (5) 降低系统成本：由于PLD集成度高，测试与装配的量大 大减少。PLD可多次编程，这就使多次改变逻辑设计简单易行， 从而有效地降低了成本； (6) 提高系统的可靠性：用PLD器件设计的系统减少了芯片 数量和印制板面积，减少相互间的连线，增加了平均寿命, 提高 抗干扰能力，从而增加了系统的可靠性；

第一节可编程逻辑器件PLD概迷 PLD是70年代发展起来的新型逻辑器件,相继出现了 PROM、FPLA、PAL、GAL、EPLD和FPGA及iP等。前四种 属于低密度PLD,后三种属高密度PLD 它们组成结构基本相似: 可直接 PLD主体 一、PD的基本结构二 输出 输入信号 输入,永 电路 阵列[乘积哪阵列1和)的领 与门 或门 电路 输入 也可反馈到输入 反馈输入信号

8 第一节 可编程逻辑器件PLD概述 PLD是70年代发展起来的新型逻辑器件，相继出现了 PROM、FPLA、PAL、GAL、EPLD 和 FPGA及iSP 等。前四种 属于低密度PLD，后三种属高密度PLD。 一、PLD的基本结构 PLD主体 与门 阵列 或门 阵列 乘积项 和项 输入 电路 输入信号 互补 输入 输出 电路 输出函数 反馈输入信号 可直接 输出 也可反馈到输入 它们组成结构基本相似：

二、PDD的遇辑号表示方法 1.输入缓冲器表示方法 A 2.与门和或门的表示方法 & ABcD PLD具有较大的与或阵列,逻辑图 的画法与传统的画法有所不同。 F 固编程连接 A B C D ABC D F=ABC F,=B+C+D 9

9 A B C D F2 F2=B+C+D A B C D F1 二、PLD的逻辑符号表示方法 1. 输入缓冲器表示方法 A A A 2. 与门和或门的表示方法 固定连接编程连接 F1=A•B•C × PLD具有较大的与或阵列，逻辑图 的画法与传统的画法有所不同

下图列出了连接的三种特殊情况: A B D E F D 00001 01001 E 10001 001 F 1输入全编程,输出为0。 2也可简单地在对应的与门中画叉,因此E=D= 3乘积项与任何输入信号都没有接通,相当与门输出为1。 10

10 下图列出了连接的三种特殊情况: 1.输入全编程，输出为0。 2.也可简单地在对应的与门中画叉，因此E=D=0。 3.乘积项与任何输入信号都没有接通，相当与门输出为1