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浙江万里学院电子信息学院 浙江万里学院电子信息学院 第1讲 可编程逻辑器件概述 任课教师：洪群欢 2015年3月 * 浙江万里学院电子信息学院 * 什么是可编程逻辑器件 可编程逻辑器件的英文全称为： Programmable Logic Device ，即 PLD。 PLD是作为一种通用集成电路产生的，它的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。 主要特点：完全由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，并且可以反复擦写。 PLD与一般数字芯片不同的是：PLD内部的数字电路可以在出厂后才规划决定，有些类型的PLD也允许在规划决定后再次改变，而一般数字芯片在出厂前就已经决定其内部电路，无法在出厂后再次改变，事实上一般的模拟芯片也都一样，都是在出厂后就无法再对其内部电路进行调整合修改。 * 浙江万里学院电子信息学院 * 可编程逻辑器件的发展历程 第一阶段：(20世纪70年代初到70年代中) 只有简单的PROM、紫外线可擦除只读存储器(EPROM）和电可擦除只读存储器(EEPROM）3种。只能完成简单的数字逻辑功能。 第二阶段：(20世纪70年代中到80年代中) 结构上稍微复杂的可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)器件，正式被称为PLD,能够完成各种逻辑运算功能。 第三阶段：(20世纪80年代中到90年代末) Xilinx和Altera公司分别推出了类似于PAL结构的扩展性CPLD以及与标准门阵列类似的FPGA。提高了逻辑运算速度，逻辑单元灵活、集成度高、适用范围宽、编程灵活。 第四阶段：(20世纪90年代末至今) 出现了可编程片上系统(SOPC)和片上系统(SOC）技术。涵盖了实时化数字信号处理、高速数据收发器、复杂计算以及嵌入式系统设计技术的全部内容。Xilinx和Altera公司也退出了相应的SOC FPGA产品。 * 浙江万里学院电子信息学院 * 可编程逻辑器件的分类 * 浙江万里学院电子信息学院 * FPGA的芯片结构 主要有可编程输入/输出单元(IOB）、基本可编程逻辑单元(CLB)、完整的时钟管理(DCM)、内嵌SRAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用单元等 。 * 浙江万里学院电子信息学院 * FPGA的基本工作原理 查找表(Look-Up-Table)结构 查找表(Look-Up-Table)简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。 目前FPGA中使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成是一个有4位地址线的16╳1 的 RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表(即结果)写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址去进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。 * 浙江万里学院电子信息学院 * FPGA的基本工作原理 一个4输入与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能原理 实际逻辑电路 LUT实现方式 a,b,c,d入 逻辑输出 RAM地址 RAM中存储的内容 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 1 0 0001 0 … … … … 1 1 1 1 1 1111 1 * 浙江万里学院电子信息学院 * FPGA的开发流程 * 浙江万里学院电子信息学院 * FPGA、单片机、PLC的区别 FPGA：数字逻辑器件，内部是逻辑门阵列，应用硬件描述语言（Verilog/VHDL）来设计，属于硬件应用的范畴。 特点是运算速度快，可以快速处理大容量的数字信号。 单片机（MCU）：微控制器，硬件结构是固定的，内部有固定的CPU、存储器、通信接口等，应用C语言来编写指令，按指令来一步一步执行。属于软件应用范畴。 特点是成本低，可选类型多，主要用于工业控制。 PLC：可编程控制器，内部是一个单片机的系统，在单片机的基础上开发出来的一种通用控制器。应用梯形图语言来编写控制程序。 特点是使用简单，可选类型多，主要用于工业控制。 用单片机要消耗时间，用FPGA要占用空间，用单片机是在使用软件，用FPGA是在使用硬件。 * 浙江万里学院电子信息学院 浙江万里学院电子信息学院 *