南京邮电大学：《数字电路与系统》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十章 可编程逻辑器件

第十章可编程逻辑器件 PLD: Programmable Logic Device

第十章 可编程逻辑器件 PLD: Programmable Logic Device

概述 按逻辑功能数字电路可分为 通用型:TTL74系列、CMOS4000系列等。 每个器件的逻辑规模小,功耗相对比较大,用 其构成的系统布线复杂,占用PCB( Printed circuit Board)板面积大。 2专用型: 把系统的全部或部分模块集成在一个芯片内,称 为专用集成电路ASIC( Application Specific Integrated Circuit)。可以降低功耗、提高系统的可靠性、保密性 及工作速度

概述 每个器件的逻辑规模小，功耗相对比 较大，用 其构成的系统布线复杂，占 用PCB ( Printed Circuit Board) 板面积大。 按逻辑功能数字电路可分为: 1. 通用型: TTL74系列、CMOS4000系列等。 2.专用型： 把系统的全部或部分模块集成在一个芯片内，称 为专用集成电路ASIC (Application Specific Integrated Circuit)。可以降低功耗、提高系统的可靠性、保密性 及工作速度

ASIC是一种由用户定制的集成电路。又可以分 为全定制电路和半定制电路。 全定制电路:制造厂按用户提出的逻辑要求,专 门设计和制造的芯片。这类芯片专业性强,适合 在大批量定性生产的产品中使用。常用的有电子 表机芯、存储、中央处理器CPU芯片等。 半定制电路:首先由制造厂制成标准的半成品, 然后由制造厂根据用户提出的逻辑要求,再对半 成品进行加工,实现预定的数字系统芯片

ASIC是一种由用户定制的集成电路。又可以分 为全定制电路和半定制电路。 半定制电路：首先由制造厂制成标准的半成品， 然后由制造厂根据用户提出的逻辑要求，再对半 成品进行加工，实现 预定的数字系统芯片。 全定制电路：制造厂按用户提出的逻辑要求，专 门设计和制造的芯片。这类芯片专业性强，适合 在大批量定性生产的产品中使用。常用的有电子 表机芯、存储器、中央处理器CPU芯片等

PLD的出现 随着集成电路制造工艺和编程技术的提高 早期的半定制电路的设计和编程都离不开制造厂。 从20世纪70年代末开始,发展了一种称为 可编程逻辑器件(PLD)的半定制芯片。PLD芯 片内的硬件资源和连线资源也是由制造厂生产好 的,但用户可以借助功能强大的设计自动化软件 (也称设计开发软件)和编程器,进行设计编程, 实现所希望的数字系统。 硬件的软化设计

硬件的软化设计 随着集成电路制造工艺和编程技术的提高， 早期的半定制电路的设计和编程都离不开制造厂。 从20世纪70年代末开始，发展了一种称为 可编程逻辑器件（PLD）的半定制芯片。PLD芯 片内的硬件资源和连线资源也是由制造厂生产好 的，但用户可以借助功能强大的设计自动化软件 （也称设计开发软件）和编程器，进行设计编程， 实现所希望的数字系统。 PLD的出现

SXXILINX PC848KI9801 A四RA 188A EN 可编程器件FGA超大规模可编程器中小规模可编程器件 可编程器件外形图

中小规模可编程器件 可编程器件外形图

PLD的开发流程图 算法设计和电路划分 图形输入和文本输入 编译和逻辑仿真 设计实现 目标文件下载

算法设计和电路划分 图形输入和文本输入 编译和逻辑仿真 设计实现 目标文件下载 PLD的开发流程图

开发环境 1.PLD开发软件: Logical Devices公司的CUPL软件 Altera MaX+Plus I; Altera Quartus II Xilinx Fundation 3. 1: Xilinx ISE 5.X: Lattice ISP Synario System 通常这些软件只能开发本公司生产的器件

开发环境 1.PLD开发软件: Logical Devices 公司的CUPL软件 Altera MAX+Plus II; Altera Quartus II Xilinx Fundation 3.1; Xilinx ISE 5.X; Lattice ISP Synario System 通常这些软件只能开发本公司生产的器件

1可编程器件的下载方式 knife 可编程器件下载电缆 计算机 编程器 sUP∈RPR/L+ 使用通用编程器对可编程器件编程示意图 L'NIVERSAL PROGRAMM!R 通用编程器

1.可编程器件的下载方式 通用编程器

用专用下载电缆下载 (JTAG标准口) 接计算机并 DB25 Plug Connector Parallel Cable EⅫNX TDI TDO- TDI TDO TDITDO XCHECKER FMns Lead Connector 用下载电缆下载示意图

102PLD的基本结构 PLD实现各种逻辑功能的依据 在数字系统设计中,任何组合逻辑函数都能用 “与或”式表达,从而可用“与”门和“或” 门实现,而任何时序电路都是由组合电路加上存 储元件(FF)构成的,这就是PLD实现各种逻 辑功能的理论依据 ISP和CPLD的内部电路就是依据这一原理 设计的。其总体结构如图10.21所示

10.2 PLD的基本结构 一、PLD实现各种逻辑功能的依据 在数字系统设计中，任何组合逻辑函数都能用 “与–或”式表达，从而可用“与”门和“或” 门实现，而任何时序电路都是由组合电路加上存 储元件（FF）构成的，这就是PLD实现各种逻 辑功能的理论依据。 ISP和CPLD的内部电路就是依据这一原理 设计的。其总体结构如图10.2.1所示