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可编程逻辑器件与硬件描述语言

可编程逻辑器件与硬件描述语言. 王秀芳 办公室 : 综合楼 C203 email: wangxiufang@126.com. 绪论. 使用教材： 夏宇闻 《Verilog 数字系统设计教程 》 第 2 版 参考教材 ： 史蒂夫 ● 布朗 《 数字逻辑基础与 Verilog 设计 》. 本课在课程体系中的位置 嵌入式系统 可编程逻辑器件 前修课程 数字电路、 c 语言 学时分配 16 理论 +16 实验. ● 可编程逻辑器件 (PLD) PAL / PLA /GAL / CPLD / FPGA

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可编程逻辑器件与硬件描述语言

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  1. 可编程逻辑器件与硬件描述语言 王秀芳 办公室: 综合楼C203 email: wangxiufang@126.com

  2. 绪论 使用教材： 夏宇闻《Verilog 数字系统设计教程》第2版 参考教材： 史蒂夫 ●布朗《数字逻辑基础与Verilog设计》

  3. 本课在课程体系中的位置 嵌入式系统 可编程逻辑器件 • 前修课程 数字电路、c语言 • 学时分配 16理论+16实验

  4. ●可编程逻辑器件(PLD) PAL / PLA /GAL / CPLD /FPGA ●基本PLD器件的原理结构框图

  5. 可编程逻辑器件PLD的发展历程 EPLD 器件 FPLA 器件 PROM 和PLA 器件 GAL器件 CPLD器件 FPGA器件 内嵌复杂 功能模块 的SoPC 70年代 80年代 90年代

  6. 可编程逻辑器件的分类 按集成度(PLD)分类

  7. 复杂系统结构的 电子产品已经大众化

  8. 一、概念补充 • 信号电平： 高电平、低电平 • 门电路 与门、 或门、 非门、 与非门、 或非门、 异或门、 触发器、 三态缓冲器等

  9. 模拟信号： 在时间和幅值上连续的信号 数字信号： 在时间和幅值上离散的信号 高电平 低电平

  10. 模拟电路： 用于传递和处理模拟信号的电路就称为模拟电路。 如放大电路就是最典型的模拟电路。 数字电路： 用以传递和加工处理数字信号的电路就称为数字电路。

  11. 与逻辑真值表 输 入 输出 A B L 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1．与运算 基本的逻辑运算与门电路

  12. 或逻辑真值表 输 入 输出 A B L 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 2．或运算

  13. 非逻辑真值表 A L 0 1 1 0 3．非运算

  14. “或非”真值表 “与非”真值表 输 入 输 入 输出 输出 A A B B L L 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 4．与非 由与运算 和非运算组合而成。 5．或非 由或运算和非运 算组合而成。

  15. “异或”真值表 输 入 输出 A B L 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 6．异或

  16. 7.组合逻辑电路

  17. A ＆ B C A ＆ ≥1 B F C A ＆ B C 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 8. 时序 A B C F

  18. 9、常用逻辑门符号与现有国标符号的对照

  19. 10、电路符号表示 PLD的互补缓冲器 PLD的互补输入 PLD中与阵列表示 PLD中或阵列的表示 阵列线连接表示

  20. 二、可编程逻辑器件的结构 1、PLA可编程逻辑阵列

  21. 2、PAL可编程阵列逻辑

  22. 3、GAL 的结构图 时钟信 号输入 输入口 逻辑宏单元 输入/输出口 固定或阵列 可编程与阵列 三态控制

  23. 4、CPLD的结构(Complex Programmable Logic Device )

  24. Logic Array Block 可编程连线阵列

  25. 5、FPGA的结构 (Field Programmable Gate Array)

  26. 可编程输入/输出模块IOB 可配置逻辑模块CLB 互连资源ICR 可编程开关矩阵 CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB CLB

  27. FPGA器件的性能特点： 1.采用SRAM编程技术,高密度、高速度、高可靠性和低功耗 2.提供丰富的I/O端口和触发器,集成度远高于PAL和GAL器件　　 3.FPGA器件结构灵活,内部的CLB、IOB和ICR均可以编程，可以实现多个变量的任意逻辑。 4.某些器件提供片内高速RAM，可用于FIFO等设计。 5.使用FPGA器件需要进行数据配置,断电后,配置数据自动丢失 6.内部时延与器件结构和逻辑连接有关,传输时延不可预测。

  28. FPGA与CPLD的区别 由于CPLD和FPGA结构上的差异,具有各自的特点: ① CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑, FPGA更适合于完成时序逻辑; ② CPLD的时序延迟是均匀的、可预测的,FPGA的延迟不可预测; ③ 在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性; ④ FPGA集成度比CPLD高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现 ⑤CPLD的速度比FPGA快,并且具有较大的时间可预测性; ⑥ CPLD比FPGA使用更方便｡CPLD的编程采用E2PROM或 FASTFLASH技术,无需外部存储器芯片,使用简单， 而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂;

  29. ⑦在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程, 编程次数可达1万次, 系统断电编程信息不丢失｡ FPGA大部分是基于SRAM编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入SRAM中｡ 但可以编程任意次,可在工作中快速编程 ⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差 ⑨一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,集成度越高越明显

  30. 三、FPGA厂家与开发软件: FPGA厂家： Altera Xinlinx Lattice 开发软件：MAX+plusII Alliance ispEXPERT QuartusII

  31. 四、硬件描述语言(HDL) ● Verilog HDL ● VHDL

  32. 关于 Verilog HDL - 较多的第三方工具的支持 - 语法结构比VHDL简单 - 学习起来比VHDL容易 - 仿真工具比较好用 - 测试激励模块容易编写

  33. Verilog HDL 的发展历史

  34. 关于 VHDL - 比VerilogHDL早几年成为I EEE标准； - 语法/结构比较严格，因而编写出的 模块风格比较清晰； - 比较适合由较多的设计人员合作完成 的特大型项目（一百万门以上）

  35. 自顶向下(Top-Down)的设计思想

  36. 设计流程图

  37. 思考题： 1、什么是CPLD, 什么是FPGA,两者的区别是什么 2、什么是HDL，常用的HDL有哪两种 3、写出下面组合逻辑电路的表达式

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