第3章 可编程逻辑器件.pptVIP

第3章 FPGA/CPLD结构与应用 3.1 概述 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 2.3 可编程逻辑器件的基本资源 2.4 可编程逻辑器件的编程元件 2.5 Altera公司的可编程逻辑器件 习题 3.1 概述 3. 1 可编程逻辑器件按集成度分类 集成度是可编程逻辑器件的一项很重要的指标，如果从集成密度上分类，可分为简单可编程逻辑器件(SPLD)和高密度可编程逻辑器件(HDPLD)。通常将PROM、PLA、PAL和GAL这四种PLD产品划归为简单可编程逻辑器件，而将 CPLD和FPGA统称为高密度可编程逻辑器件，如图2-1所示。 3.1 可编程逻辑器件的其他分类方法 目前常用的可编程逻辑器件都是从“与-或阵列”和“门阵列”两类基本结构发展起来的，所以又可从结构上将其分为两大类: (1) PLD器件——基本结构为与或阵列的器件。 (2) FPGA器件——早期的基本结构为门阵列，目前已发展到逻辑单元(包含了门、触发器等)阵列。 PLD是最早的可编程逻辑器件，它的基本逻辑结构由与阵列和或阵列组成，能够有效地实现“积之和”形式的布尔逻辑函数。FPGA是最近10年发展起来的另一种可编程逻辑器件，它的基本结构类似于门阵列，能够实现一些较大规模的复杂数字系统。PLD主要通过修改具有固定内部电路的逻辑功能来编程，FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程。 所有的CPLD器件和FPGA器件均采用CMOS技术，但它们在编程工艺上有很大的区别。如果按照编程工艺划分，可编程逻辑器件又可分为四个种类： (1) 熔丝(Fuse)或反熔丝(Antifuse)编程器件。PROM器件、Xilinx公司的XC5000系列器件和Actel的FPGA器件等采用这种编程工艺。 (2) U/EPROM编程器件，即紫外线擦除/电可编程器件。大多数的FPGA和CPLD用这种方式编程。 (3) E2PROM编程器件，即电擦写编程器件。GAL器件、ispLSI器件用这种方法编程。 (4) SRAM编程器件。Xilinx公司的FPGA是这一类器件的代表。 3.2 PLD原理 PLD器件种类较多，不同厂商生产的PLD器件结构差别较大，不能够逐一介绍，本节选择PLD器件中一些具有代表性的结构来说明其实现的主要逻辑功能。图2-2所示为PLD器件的基本结构框图，它由输入缓冲电路、与阵列、或阵列、输出缓冲电路等四部分组成。其中“与阵列”和“或阵列”是PLD器件的主体，逻辑函数靠它们实现； 输入缓冲电路主要用来对输入信号进行预处理，以适应各种输入情况；输出缓冲电路主要用来对输出信号进行处理，用户可以根据需要选择各种灵活的输出方式(组合方式、时序方式等)。我们知道，任何组合逻辑函数均可化为与或式，用“与门-或门”二级电路实现，而任何时序电路又都是由组合电路加上存储元件(触发器)构成的，因而PLD的这种结构对实现数字电路具有普遍的意义。 2.2.1 PLD电路的表示方法及有关符号 可编程逻辑器件有一个相同的基本结构，其核心由与阵列和或阵列构成。由于阵列规模一般远大于普通电路，用传统的器件符号已不能满足PLD原理图的需要，因此在PLD中,有关器件有其专门的表示方法。 1．PLD缓冲器表示法 为了使输入信号具有足够的驱动能力并产生原码和反码两个互补的信号，PLD的输入缓冲器和反馈缓冲器都采用互补的输出结构，如图2-3所示。图中B=A，C=A。 2．PLD与门表示法 图2-4(a)、(b)所示分别为一个四输入与门的习惯表示法和PLD表示法，图中 Y=A·B·C 若有逻辑表达式Y=A·A·B·B，则显然此时D恒为电平“0”，PLD对此有专门的简化表示法，如图2-4(c)、(d)所示。 3．或门表示法 图2-5所示为一个三输入或门的习惯表示法和PLD表示法，图中D=A+B+C。 ? 4．PLD连接的表示法 图2-6所示为PLD中阵列交叉点上三种连接方式的表示法。其中，交叉处为“· ”的表示纵、横两线固定连接，不能通过“编程”手段使其断开；交叉处为“×”的表示该处为可编程连接