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第 7 章 可编程逻辑器件及其应用

第 7 章 可编程逻辑器件及其应用. PLD 的结构与特点. 一、基本结构与分类. 二、 PLD 器件的电路表示方法. ROM 的工作原理与应用. 一、 ROM 的组成与原理. 二、 ROM 的应用. 通用阵列逻辑器件 GAL. 一、 GAL 器件的基本结构. 二 、 GAL 器件的应用与开发. {Home}. PLD 的结构与特点（ 1 ）. 数字逻辑器件的分类. 标准产品. ( 逻辑门、触发器、译码器等）. （微处理器、单片机等）. 由软件配置的 LSI 器件. 全定制.

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第 7 章 可编程逻辑器件及其应用

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  1. 第7章 可编程逻辑器件及其应用 • PLD的结构与特点 一、基本结构与分类 二、PLD器件的电路表示方法 • ROM的工作原理与应用 一、ROM的组成与原理 二、ROM的应用 • 通用阵列逻辑器件GAL 一、GAL器件的基本结构 二、GAL器件的应用与开发 {Home}

  2. PLD的结构与特点（1） • 数字逻辑器件的分类 标准产品 (逻辑门、触发器、译码器等） （微处理器、单片机等） 由软件配置的LSI器件 全定制 专用集成电路ASIC (Application Specific Integratal Circuit) 半定制 可编程逻辑器件PLD (Programmable Logic Device)

  3. 输入 控制 电路 “与” 阵 列 “或” 阵 列 输出 控制 电路 数据输出 数据输入 反馈输出 PLD的结构与特点（2） • PLD的基本结构 输入项 乘积项 积和项

  4. PLD的结构与特点（3） • PLD的分类 低密度PLD 按集成密度 高密度PLD(HPLD) 一次性编程PLD 紫外线可擦除EPLD 按制造工艺 电可擦除EEPLD

  5. PLD的结构与特点（4） 开发工具成本高，设计较复杂 • PLD的分类 采用可编程输出逻辑宏单元，功能更全面，性能更灵活 “与”阵列固定 存贮器(ROM,RAM) “或”阵列可编程 “与”阵列可编程 可编程逻辑阵列PLA “或”阵列可编程 按不同阵列的可编程性 “与”阵列可编程 可编程阵列逻辑PAL “或”阵列固定 通用阵列逻辑GAL 高密度 在系统可编程器件ISP 现场可编程逻辑器件FPGA

  6. PLD的结构与特点（5） • PLD器件的电路表示方法 • 基本逻辑单元的表示 采用互补输出结构 输入/反馈缓冲器 “与”门 “或”门

  7. PLD的结构与特点（6） • PLD器件的电路表示方法 • 阵列交叉点的逻辑表示 硬性连接 编程连接 断开单元

  8. PLD的结构与特点（7） • PLD器件的电路表示方法 • 实例 写出如图所示PLD电路的输出逻辑表达式 {end}

  9. ROM的应用（1） ----只读存贮器（Read Only Memory) • ROM 主要用于计算机系统固定信息的存储 • ROM的分类 二极管ROM 按构成存储单元的元件分类 ROM存入数据的过程称为编程 晶体管ROM MOS管ROM 掩模式ROM 一次编程ROM(PROM) 光擦编程ROM(EPROM) 按编程方式分类 多次改写编程ROM 电擦编程ROM(EEPROM) 电改写ROM(EAROM) 闪速存储器FLASH

  10. 地址 译码 器 存贮矩阵 输出缓冲器 ROM的应用（2） 地址译码器 • ROM的基本结构 存贮矩阵 输出缓冲器 地址线 字线 存贮容量 位线 {end}

  11. -----以 二极管ROM为例 地址 字线 数据(位线) 1 1 二进 制译 码器 ROM的应用（3） • ROM的工作原理 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 地址线 字线 1 1 0 0 1 1 位线

  12. 地址 字线 数据(位线) 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 ROM的应用（4） ROM的PLD表示 “与”阵列 (固定) “或”阵列 (可编程)

  13. ROM的应用（5） ROM的应用范围 • 计算机系统中的应用 计算机初始引导和加载程序的固化，微程序控制器的设计，字符图形发生器的设计，控制系统中用户程序的固化等等。这些应用中主要是固化程序和数据，以提高系统应用的方便性、可靠性和安全性。 • 产生多输出逻辑函数 由于ROM的地址译码器输出是全部输入变量的最小项，每一位数据的输出是这些最小项之和，因此任何形式的组合逻辑函数均能通过向ROM写入数据来实现。 • 构成字符发生器 将字符的点阵预先存储在ROM中，然后顺序给出地址码，从存储矩阵中逐行读出字符的点阵，并送入显示器即可显示出字符。 • 构成波形发生器

  14. 例1:试写出如图所示ROM阵列中所有存储的逻辑函数 、 、 和 的表达式。 “与”阵列 “或”阵列 ROM的应用（6） ROM阵列结构表示 解：

  15. ROM的应用（7） 例2：试用ROM产生以下一组多输出逻辑函数 解： 将以上各式化成最小项之和的形式，即

  16. 1 1 1 1 ROM的应用（8） 要实现以上一组多输出逻辑函数，所需ROM的存储容量为： ROM阵列为：

  17. 例3:试用8×4位ROM实现一个排队电路.电路的功能是输入信号A、B、C，通过排队电路后分别由 、 、 输出，但在同一时刻只能有一个信号通过，如果同时有两个或两个以上的信号输入时，则按A、B、C的优先顺序通过。 ROM的应用（9） 解： 列真值表 写出逻辑函数式 A B C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0

  18. 1 1 1 ROM的应用（10） ROM阵列为： {end}

  19. GAL器件的基本结构(1) • 总体介绍 以普通型GAL16V8为例，说明GAL器件的结构组成。 • 输入缓冲器（左边8个） 对输入信号提供原变量和反变量，并送到与门阵列。 • 输出缓冲器（右边8个） 提供输出信号和反馈信号，后者包括本级和相邻级。 • 输出反馈/输入缓冲器(中间8个)本级输出或邻级输出作为输入信号送到与门阵列，以便产生乘积项。

  20. GAL器件的基本结构(2) • 时钟输入信号缓冲器（引脚1） 可以提供时钟信号；也可以作为输入信号。 • 输出选通信号缓冲器（引脚11） 用来提供输出三态门的控制使能信号。 • 与门阵列8×8=64个与门组成，最多形成64个乘积项，每个与门有32条输入线（16个原变量，16个反变量），但每一个变量在编程时只能取其一，故每个与门（一个乘积项）的实际最大变量数为16。

  21. GAL器件的基本结构(3) • 输出逻辑宏单元（OLMC） 共8个，每个OMLC是一个逻辑单元，其中有或门、触发器、多路开关。 通过编程，GAL16V8最多有16个引脚作为输入端，8个输出端。

  22. GAL器件的基本结构(4) • OLMC内部结构 ◆一个或门 每个OLMC中有一个或门。或门有8个输入，每个输入是由与门阵列输出的一个乘积项，而或门输出是8个乘积项之和。 触发器 或门 采用异或门来控制或门输出信号的极性:即当XOR(n)=1时，异或门起反相器的作用。当XOR(n)=0时，异或门起同相器的作用 异或门 ◆一个触发器 触发器可用来保存组合逻辑函数输出值。一片GAL16V8共有8个触发器。

  23. GAL器件的基本结构(5) 三态多路开关 乘积项多路开关 ◆4个多路开关 输出多路开关 乘积项多路开关PTMUX（二选一）：控制或门的第一乘积项来自与阵列或为“0”。 三态多路开关TSMUX（四选一）：控制三态门输出，有四种情况。 反馈多路开关FMUX（四选一）：控制反馈信号来源，有四种情况。 反馈多路开关 输出多路开关OMUX（二选一）：控制直接由组合电路输出还是寄存器输出。

  24. GAL器件的基本结构(6) 三态多路开关 乘积项多路开关 多路开关的状态，取决于结构控制字中AC0和AC1(n)位的值，这些值可通过编程决定。 输出多路开关 如： --控制输出多路开关 输出为异或门输出 0 反馈多路开关 输出为触发器输出 1

  25. SYN AC1(n) 配置功能 AC0 1 0 1 • OLMC的工作模式 输入模式 1 0 0 专用组合输出 1 1 1 反馈组合输出 0 1 1 组合+寄存器输出 0 1 0 寄存器输出 GAL器件的基本结构(7) • 工作模式 同步控制字 结构控制字 • OLMC的结构控制字 ----通过结构控制字可确定OLMC的五种结构 简单模式 寄存器模式 复合模式 {end}

  26. GAL器件的应用与开发(1) • GAL器件的开发工具 硬件开发工具 -----编程器 软件开发工具 ----开发PLD专用的程序设计语言及相应的汇编或编译程序 Fast-Map(FM)、ABEL、VHDL等

  27. GAL器件的应用与开发(2) • GAL器件的开发软件 • Fast-Map (FM)语言 ----只允许使用逻辑表达式描述设计,没有仿真功能 列表文件(.LST) 设计源文件和PLD引脚配置图 FM.EXE 熔丝图文件(.PLT) *.PLD 供设计者阅读的编程模式图 (设计源文件) 标准装载文件(.JED) 存放对PLD编程的数据

  28. 器件型号 设计说明信息 引脚名表 逻辑方程 关键字DESCRIPTION GAL器件的应用与开发(3) • FM设计源文件(*.PLD)格式 输出引脚名 逻辑表达式 三种形式的逻辑方程式 第1行 SYMBOL 第2~4行 =EXPRESSION 第5行 SYMBOL: =EXPRESSION SYMBOL.OE =EXPRESSION 最后一行 “非”运算

  29. & 1 1 1 20 & =1 10 11 =1 GAL器件的应用与开发(4) • GAL器件的开发应用举例 -----举例说明FM软件源文件的编写 例:试用GAL器件实现6个基本逻辑门:“与”门、“或”门、“与非”门、“或非”门、“异或”门和“同或”门。 解： (1)根据任务要求选择GAL器件,定义器件的引脚功能 12个输入、6个输出 GAL16V8

  30. & 1 1 & =1 =1 GAL器件的应用与开发(5) (2)分析输入、输出的逻辑关系，给出电路的逻辑描述

  31. & 1 1 & =1 =1 GAL器件的应用与开发(6) 引脚名按器件引脚号递增顺序排列，引脚名之间用空格分开，不用引脚用NC表示 (3)根据FM开发软件的语法格式，编写设计源文件 器件型号 GAL16V8 DESIGNED BY LI MING 设计说明信息 3/10/1999 BASIC GATES B C D E F G H I J GND 引脚名表 K L Z Y X W V U A VCC 逻辑方程 只能用于单个引脚名前 DESCRIPTION 关键字 {end}

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