第八章可编程逻辑器件
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第八章可编程逻辑器件PPT课件
.
21
A11
A10 R/W
A0
2 4 Y3
译 码 器
Y0
A9
A9 A0 R/W CS
2114 (1)
D3 D2 D1 D0
D3 D2 D1 D0
A9 A0 R/W CS
2114 (2)
D3 D2 D1 D0
A9 A0 R/W CS
2114 (3)
D3 D2 D1 D0
A9 A0 R/W CS
2114 (4)
.
19
RAM容量的扩展
1. 位数的扩展：把各片对应的地址线连接在一 起，数据线并列使用即可。接线如下图：
CS
R/W
A... 0
A9
A9...A0 R/W CS A9...A0 R/W CS
2114 (1)
2114 (2)
D3 D2 D1 D0
D3 D2 D1 D0
D7 D6 D5 D4
D3 D2 D1 D0
.
23
PROM的可编程器件
.
24
PROM的可编程器件
• 简化表示
.
25
ROM应用举例
1、用ROM实现组合逻辑函数
逻辑表达式 1
Y1 A B C Y2 AB AC BC Y3 ABD BCD BCD Y4 AC BC BD ABC
.
15
ROM的简化画法
与门阵列(地址译码器) D3 D 2 D 1 D 0
与
W0
阵
W1
列
W2
固
W3
定
A1 A1 A0 A0
或门阵列(存储矩
阵)
地址译码器产
存储体实现
生了输入变量
可编程逻辑器件与VHDL语言
• EDA工具主要包括模拟（仿真）软件和综合软件。行为描 述文件和输入信号激励作为模拟（仿真）软件的输入，待 模拟（仿真）软件处理后，得到输出信号的波形图。行为 描述文件和约束条件文件作为综合软件的输入，待综合软 件处理后，得到网表和报告文件。
• （一）成为IEEE标准的两种HDL
– 1．VHDL – 2．Verilog-HDL
– 4．支持大规模设计的分解和已有设计的再利用。
– 5．VHDL已成为标准，得到众多EDA公司的支持，可 适用于多种工作平台。而其它输入方式与特定环境有 关，不能重复使用。
• （四）学习VHDL语言应注意的几个问题
– 1．了解VHDL语言模拟器是如何模拟代码的过程有助于弄清一些VHDL 语句的语义，而对语义有一个清楚地理解可使你能够精练准确地进行 VHDL代码编写。目前常用的VHDL模拟软件有Active HDL和Modelsim。
二、8线—3线优先编码器的VHDL描 述
•
LIBRARY IEEE;
•
USE IEEE.Std_logic_1164.ALL;
•
ENTITY priority_encoder IS
•
PORT ( input: IN Std_logic_vector (0 TO 7);
•
output: OUT Std_logic_vector (0 TO 2) -- (2 DOWNTO 0) 也可以。
– 6．将VHDL和CPLD、FPGA的学习结合起来。 – 7．应基本熟悉CPLD、FPGA器件的逻辑资源。
二、基本的VHDL模型
第五节 基本硬件电路模块的VHDL 模型
• 一、二输入与门的VHDL描述 • ENTITY and2_gate IS • PORT ( a, b : IN Bit; y : OUT Bit ); • END and2_gate; • ARCHITECTURE basic OF and2_gate IS • BEGIN • PROCESS(a,b) • BEGIN • y <= a AND b ; • END PROCESS and2_behavior; • END basic;
• （一）成为IEEE标准的两种HDL
– 1．VHDL – 2．Verilog-HDL
– 4．支持大规模设计的分解和已有设计的再利用。
– 5．VHDL已成为标准，得到众多EDA公司的支持，可 适用于多种工作平台。而其它输入方式与特定环境有 关，不能重复使用。
• （四）学习VHDL语言应注意的几个问题
– 1．了解VHDL语言模拟器是如何模拟代码的过程有助于弄清一些VHDL 语句的语义，而对语义有一个清楚地理解可使你能够精练准确地进行 VHDL代码编写。目前常用的VHDL模拟软件有Active HDL和Modelsim。
二、8线—3线优先编码器的VHDL描 述
•
LIBRARY IEEE;
•
USE IEEE.Std_logic_1164.ALL;
•
ENTITY priority_encoder IS
•
PORT ( input: IN Std_logic_vector (0 TO 7);
•
output: OUT Std_logic_vector (0 TO 2) -- (2 DOWNTO 0) 也可以。
– 6．将VHDL和CPLD、FPGA的学习结合起来。 – 7．应基本熟悉CPLD、FPGA器件的逻辑资源。
二、基本的VHDL模型
第五节 基本硬件电路模块的VHDL 模型
• 一、二输入与门的VHDL描述 • ENTITY and2_gate IS • PORT ( a, b : IN Bit; y : OUT Bit ); • END and2_gate; • ARCHITECTURE basic OF and2_gate IS • BEGIN • PROCESS(a,b) • BEGIN • y <= a AND b ; • END PROCESS and2_behavior; • END basic;
课后习题答案第8章_存储器和可编程逻辑器件
第8章半导体存储器和可编程逻辑器件8-1存储器按读写功能以及信息的可保存性分别分为哪几类？并简述各自的特点。
解答：存储器按读写功能可分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
随机存取存储器在工作过程中，既可从其任意单元读出信息，又可以把外部信息写入任意单元。
因此，它具有读、写方便的优点，但由于具有易失性，所以不利于数据的长期保存。
只读存储器在正常工作时其存储的数据固定不变，只能读出，不能随时写入。
ROM为非易失性器件，当器件断电时，所存储的数据不会丢失。
存储器按信息的可保存性可分为易失性存储器和非易失性存储器。
易失性存储器在系统关闭时会失去存储的信息，它需要持续的电源供应以维持数据。
非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。
8-2什么是SRAM？什么是DRAM？它们在工作原理、电路结构和读/写操作上有何特点？解答：SRAM（Static Random Access Memory）为静态随机存储器，其存储单元是在静态触发器的基础上附加控制电路构成的。
DRAM（Dynamic Random Access Memory）为动态随机存储器，常利用MOS管栅极电容的电荷存储效应来组成动态存储器，为了避免存储信息的丢失，必须定时地对电路进行动态刷新。
SRAM的数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能保存，但其存储单元所用的管子数目多，因此功耗大，集成度受到限制。
DRAM一般采用MOS管的栅极电容来存储信息，由于电荷保存时间有限，为避免存储数据的丢失，必须由刷新电路定期刷新，但其存储单元所用的管子数目少，因此功耗小，集成度高。
SRAM速度非常快，但其价格较贵；DRAM的速度比SRAM慢，不过它比ROM 快。
8-3若RAM的存储矩阵为256字⨯4位，试问其地址线和数据线各为多少条？解答：存储矩阵为256字⨯4位的RAM地址线为8根，数据线为4根。
8-4某仪器的存储器有16位地址线，8位数据线，试计算其最大存储容量是多少？解答：最大存储容量为216⨯8=524288=512k bit（位）8-5用多少片256⨯4位的RAM可以组成一片2K⨯8位的RAM？试画出其逻辑图。
数字电子技术第8章可编程逻辑器件
(8-12)
前面介绍的FPLA的电路结构不含触发器，因此这 种FPLA只能用于设计组合逻辑电路，故称为组合型 FPLA。
为便于设计时序逻辑电路，在有些FPLA芯片内部 增加了若干触发器组成的寄存器。这种内部含有寄 存器的FPLA称为时序逻辑型FPLA，也称做可编程 逻辑时序器PLS（Programmable Logic Sequeneer）。
Q0n+1=Q3 Q2 Q1+Q3 Q2 Q1+Q3 Q2 Q1+ Q3 Q2 Q1
从上式即可写出每个触发器的驱动方程，即D端 的逻辑函数式。同时，考虑到要求具有置零功能， 故应在驱动方程中加入一项R。当置零输入信号 R=1时，在时钟信号到达后所有触发器置1，反相后 的输出得到Y3 Y2 Y1 Y0=0000。于是得到驱动方程为
图8.3.9 产生16种算术、逻辑运算的编程情况
(8-22)
十进 8.3.3PAL的应用举例
制数
二 进制 数
Y0 Y1 Y2
例8.3.1 用PAL器件设计一个数值判别电路.要求判断4位 D C B A 二进制数DCBA的大小属于0~5、6~10、11~15三个区间的 0 0 0 0 0 1 0 0 哪一个之内。 1 0 0 0 1 1 0 0
FPLA由可编程的与逻辑阵列和可编程的或逻 辑阵列以及输出缓冲器组成，如图所示。
(8-8)
PLA结构 逻辑功能可 变化的硬件 结构。
可编程
将FPLA和ROM 比较可发现，它们 的电路结构极为相 似，都是由一个与 逻辑阵列、一个或 逻辑阵列和输出缓 冲器组成。两者所 不同的是，FPLA的 与阵列可编程，而 ROM的与阵列（译 码器）是固定的。
第八章 可编程逻辑器件（PLD）
前面介绍的FPLA的电路结构不含触发器，因此这 种FPLA只能用于设计组合逻辑电路，故称为组合型 FPLA。
为便于设计时序逻辑电路，在有些FPLA芯片内部 增加了若干触发器组成的寄存器。这种内部含有寄 存器的FPLA称为时序逻辑型FPLA，也称做可编程 逻辑时序器PLS（Programmable Logic Sequeneer）。
Q0n+1=Q3 Q2 Q1+Q3 Q2 Q1+Q3 Q2 Q1+ Q3 Q2 Q1
从上式即可写出每个触发器的驱动方程，即D端 的逻辑函数式。同时，考虑到要求具有置零功能， 故应在驱动方程中加入一项R。当置零输入信号 R=1时，在时钟信号到达后所有触发器置1，反相后 的输出得到Y3 Y2 Y1 Y0=0000。于是得到驱动方程为
图8.3.9 产生16种算术、逻辑运算的编程情况
(8-22)
十进 8.3.3PAL的应用举例
制数
二 进制 数
Y0 Y1 Y2
例8.3.1 用PAL器件设计一个数值判别电路.要求判断4位 D C B A 二进制数DCBA的大小属于0~5、6~10、11~15三个区间的 0 0 0 0 0 1 0 0 哪一个之内。 1 0 0 0 1 1 0 0
FPLA由可编程的与逻辑阵列和可编程的或逻 辑阵列以及输出缓冲器组成，如图所示。
(8-8)
PLA结构 逻辑功能可 变化的硬件 结构。
可编程
将FPLA和ROM 比较可发现，它们 的电路结构极为相 似，都是由一个与 逻辑阵列、一个或 逻辑阵列和输出缓 冲器组成。两者所 不同的是，FPLA的 与阵列可编程，而 ROM的与阵列（译 码器）是固定的。
第八章 可编程逻辑器件（PLD）
脉冲与数字电路第八章 存储器与可编程逻辑器件
阵。
为 了存 取方便 ， 给 它们编上号。
32 行 编 号 为 X0 、
X1、…、X31， 32 列 编 号 为 Y0 、
Y1、…、Y31。
这 样每 一个存 储 单 元都有了一个固
定的编号，称为
地址。
2 ．地址译码器 —— 将寄存器 地址所对应的二进制数译 成有效的行选信号和列选 信号，从而选中该存储单 元。
8.2 随机存取存储器（RAM）
一． RAM的基本结构
由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、 片选控制等几部分组成。
地 址 码 输 入 片选 读 /写 控 制 输 入 /输 出 地 址 译 码 器
存 储矩 阵
读 /写 控 制器
1. 存储矩阵
图 中 ， 1024 个 字 排 列成 32×32 的矩
1．位扩展
三． RAM的容量扩展
用8片1024（1K）×1位RAM构成的1024×8位RAM系统。
I/O 0 I/O 1024×1R AM A0 A1 A0 A1 A9 R /W CS I/O1 I/O 1024×1R AM A0 A1 I/O7
... A
9
R /WC S
... A
...
I/O 1024×1R AM A0 A 1
tW C
ADD CS
写入单元的地址
R/W
t AS
tW P t
WR
I/O
写入数据
t DW t DH
读出操作过程如下： （1）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端； （2）加入有效的选片信号CS； （3）将待写入的数据加到数据输入端。 （3）在 线上加低电平，进入写工作状态； （4）让选片信号CS无效，I/O端呈高阻态。
第8章 可编程逻辑器件
Y0=C⊙D
Y3 ABCD A B C D Y2 AC BD Y1 A B A B Y0 C D CD
用ROM实现：化成最小项之和形式，用地址译码器实现 ABCD的所有最小项（16个），用或门阵列实现最小项 之和（4个）。 用PLD实现：化成最简与或表达式.
用与门阵列实现所有的乘积项（8个），用或门阵列实现乘 积项之和（4个）
D’2 D’1
FF12
11
大家再见
精 希拼 命
却依 奔 村 抖 丧磨坊
精心 希望 依然 飞舞 拼命 抖动 寻找 磨坊 继续 奔跑 大惊失色 千呼万唤 垂头丧气
10 风筝
我们去放风筝。一个人用手托着， 另一个人牵着线，站在远远的地方，说
10 风筝 声“放”，那线一紧一松，风筝就凌空
飞起，渐渐高过树梢了。牵线人飞快地 跑起来。风筝越飞越高，在空中翩翩飞 舞着，我们快活地喊叫着，在田野里拼 命地奔跑。村里人看见了，说：“放得 这么高！”
XOR0时， Yi Si XOR1时， Yi Si
10
FPLA电路常用于实现组合逻辑电路，如前面所举例子，
例1： F1＝ AB ＋ CD＋ AC ＋ ABCD F2＝ A＋ CD ＋ BC
有4个输入端，7个乘积项，2个输出，为4×7×2结构
D C B A
EN
4×7×2
W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7
布置作业： 1、抄写文中喜欢的句子。 2、继续了解风筝的资料。
从早晨玩到下午，我们还是歇 不下来，牵着风筝在田野里奔跑。
10 风筝 风筝越飞越高，似乎飞到了云彩上。
兴奋 快乐 喜悦 愉快
乐滋滋 美滋滋 乐呵呵
欣喜若狂
兴高采烈
从早晨玩到下午，我们还是歇 不下来，牵着风筝在田野里奔跑。
Y3 ABCD A B C D Y2 AC BD Y1 A B A B Y0 C D CD
用ROM实现：化成最小项之和形式，用地址译码器实现 ABCD的所有最小项（16个），用或门阵列实现最小项 之和（4个）。 用PLD实现：化成最简与或表达式.
用与门阵列实现所有的乘积项（8个），用或门阵列实现乘 积项之和（4个）
D’2 D’1
FF12
11
大家再见
精 希拼 命
却依 奔 村 抖 丧磨坊
精心 希望 依然 飞舞 拼命 抖动 寻找 磨坊 继续 奔跑 大惊失色 千呼万唤 垂头丧气
10 风筝
我们去放风筝。一个人用手托着， 另一个人牵着线，站在远远的地方，说
10 风筝 声“放”，那线一紧一松，风筝就凌空
飞起，渐渐高过树梢了。牵线人飞快地 跑起来。风筝越飞越高，在空中翩翩飞 舞着，我们快活地喊叫着，在田野里拼 命地奔跑。村里人看见了，说：“放得 这么高！”
XOR0时， Yi Si XOR1时， Yi Si
10
FPLA电路常用于实现组合逻辑电路，如前面所举例子，
例1： F1＝ AB ＋ CD＋ AC ＋ ABCD F2＝ A＋ CD ＋ BC
有4个输入端，7个乘积项，2个输出，为4×7×2结构
D C B A
EN
4×7×2
W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7
布置作业： 1、抄写文中喜欢的句子。 2、继续了解风筝的资料。
从早晨玩到下午，我们还是歇 不下来，牵着风筝在田野里奔跑。
10 风筝 风筝越飞越高，似乎飞到了云彩上。
兴奋 快乐 喜悦 愉快
乐滋滋 美滋滋 乐呵呵
欣喜若狂
兴高采烈
从早晨玩到下午，我们还是歇 不下来，牵着风筝在田野里奔跑。
数字电子技术基础第8章可编程逻辑器件
8.3 可编程逻辑器件PAL和 通用逻辑阵列GAL
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
PLD是70年代发展起来的新型逻辑器件，是一种通用大规模 集成电路，用于LSI和VLSI设计中，采用软件和硬件相结合的方 法设计所需功能的数字系统。相继出现了ROM、PROM、PLA、 PAL、GAL、EPLD和FPGA等，它们组成基本相似。
数字电子技术基础第8章 可编程逻辑器件
2020/11/21
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
传统的逻辑系统，当规模增大时 （SSI MSI)
焊点多，可靠性下降 系统规模增加成本升高 功耗增加 占用空间扩大
连接线与点增多 抗干扰下降
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
从逻辑器件的功能和使用方法看，最初的逻辑器件全部采用标准通用 片，后来发展到采用用户片和现场片。
通用片的功能是器件厂制造时定死的，用户只能拿来使用而不能改变 其内部功能。
通用片有门、触发器、多路开关、加法器、寄存器、计数器、译码器 等逻辑器件和随机读写存储器件。
用户片是完全按用户要求设计的VLSI器件。它对用户来讲是优化的， 但是设计周期长，设计费用高，通用性低，销售量少。用户片一般称为专 用集成电路(ASIC)，但是它也向通用方向发展。
PROM----可编程存储器
P
PLA----可编程逻辑阵列
L
PAL----可编程阵列逻辑
D
GAL----通用可编程阵列逻辑
FPGA----现场可编程门阵列
ispLSI----在系统可编程大规模集成电路
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
1.与固定、或编程： 与阵列全固定，即全译码；ROM和PROM
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
PLD是70年代发展起来的新型逻辑器件，是一种通用大规模 集成电路，用于LSI和VLSI设计中，采用软件和硬件相结合的方 法设计所需功能的数字系统。相继出现了ROM、PROM、PLA、 PAL、GAL、EPLD和FPGA等，它们组成基本相似。
数字电子技术基础第8章 可编程逻辑器件
2020/11/21
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
传统的逻辑系统，当规模增大时 （SSI MSI)
焊点多，可靠性下降 系统规模增加成本升高 功耗增加 占用空间扩大
连接线与点增多 抗干扰下降
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
从逻辑器件的功能和使用方法看，最初的逻辑器件全部采用标准通用 片，后来发展到采用用户片和现场片。
通用片的功能是器件厂制造时定死的，用户只能拿来使用而不能改变 其内部功能。
通用片有门、触发器、多路开关、加法器、寄存器、计数器、译码器 等逻辑器件和随机读写存储器件。
用户片是完全按用户要求设计的VLSI器件。它对用户来讲是优化的， 但是设计周期长，设计费用高，通用性低，销售量少。用户片一般称为专 用集成电路(ASIC)，但是它也向通用方向发展。
PROM----可编程存储器
P
PLA----可编程逻辑阵列
L
PAL----可编程阵列逻辑
D
GAL----通用可编程阵列逻辑
FPGA----现场可编程门阵列
ispLSI----在系统可编程大规模集成电路
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
1.与固定、或编程： 与阵列全固定，即全译码；ROM和PROM
数字电子技术基础第8章可编程逻辑 器件
可编程逻辑器件(PLD)
第八章 可编程逻辑器件（PLD）
Chapter 8 Programmable Logic Device
本章主要内容
第一节 PLD概述 第二节 几种PLD的结构及应用举例
§8.2.1 现场可编程逻辑阵列（FPLA） §8.2.2 可编程阵列逻辑（PAL） §8.2.3 通用阵列逻辑（GAL） §8.2.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD） §8.2.5 现场可编程阵列（FPGA） §8.2.6 PLD的一般开发过程
专用型集成电路是指按某种专门用途而设计、制造的 集成电路，又称ASIC（Application Specific Integrated Circuit），ASIC器件又可分为全定制和半定制两大类。 ASIC的优点是体积小、功耗低、可靠性高，高度保密； 缺点是在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用集 成电路不仅成本很高，而且设计、制造的周期也很长。
由此可见，通用型和专用型集成电路在制造和使用 上存在着一定的矛盾。可编程逻辑器件 （Programmable Logic Device）的研制成功为解决这个 矛盾提供了一条比较理想的途径。
PLD虽然是作为一种通用器件生产的，但它的逻辑 功能是由用户通过对器件编程来设定的。而且有些PLD 的集成度很高，足以满足设计一般数字系统的需要。这 样就可以由设计人员自行编程而把数字系统“集成”在 一片PLD上，而不必制造专用集成电路芯片了。
具体器件举例
如 PAL16L8 如 GAL16V8， GAL20V8 如 GAL39V18 如 Xilinx 公司 的 XC7000 系 列 Altera 公 司 的 MAX9000 系 列、Xilinx 公司 的 XC9500 系 列等 Xilinx 公司的： XC3000 、 XC4000 、 SPARTEN 等
Chapter 8 Programmable Logic Device
本章主要内容
第一节 PLD概述 第二节 几种PLD的结构及应用举例
§8.2.1 现场可编程逻辑阵列（FPLA） §8.2.2 可编程阵列逻辑（PAL） §8.2.3 通用阵列逻辑（GAL） §8.2.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD） §8.2.5 现场可编程阵列（FPGA） §8.2.6 PLD的一般开发过程
专用型集成电路是指按某种专门用途而设计、制造的 集成电路，又称ASIC（Application Specific Integrated Circuit），ASIC器件又可分为全定制和半定制两大类。 ASIC的优点是体积小、功耗低、可靠性高，高度保密； 缺点是在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用集 成电路不仅成本很高，而且设计、制造的周期也很长。
由此可见，通用型和专用型集成电路在制造和使用 上存在着一定的矛盾。可编程逻辑器件 （Programmable Logic Device）的研制成功为解决这个 矛盾提供了一条比较理想的途径。
PLD虽然是作为一种通用器件生产的，但它的逻辑 功能是由用户通过对器件编程来设定的。而且有些PLD 的集成度很高，足以满足设计一般数字系统的需要。这 样就可以由设计人员自行编程而把数字系统“集成”在 一片PLD上，而不必制造专用集成电路芯片了。
具体器件举例
如 PAL16L8 如 GAL16V8， GAL20V8 如 GAL39V18 如 Xilinx 公司 的 XC7000 系 列 Altera 公 司 的 MAX9000 系 列、Xilinx 公司 的 XC9500 系 列等 Xilinx 公司的： XC3000 、 XC4000 、 SPARTEN 等
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Y0 ( A B C D) Y1 ( AB AB C D CD) Y2 ( AB BC CD)
8.3.2 PAL的各种输出电路结构
1. 可编程输入输出结构 可编程输入输出结构的输出电路具有可编程控制的三态 输出缓冲器G1。
用途：组合逻辑电路，
二、步骤 • 抽象（系统设计采用Top-Down的设计方法） • 选定PLD • 选定开发系统 • 编写源程序（或输入文件） • 调试，运行仿真，产生下载文件 • 下载 • 测试
硬件描述语言（hardware description language，HDL） 一种专门用于描述电路逻辑功能的计算机编程语言，能对 任 何复杂的数字电路进行全面的逻辑功能描述。 VHDL ：针对超高速数字集成电路的硬件描述语言 Verilog：和C语言有很多相似之处
第八章
可编程逻辑器件
可编程逻辑器件（PLD- Programmable Logic Device ）
传统的逻辑系统，当规模增大时 （SSI MSI)
焊点多，可靠性下降 系统规模增加成本升高 功耗增加 占用空间扩大
连接线与点增多 抗干扰下降
8.1 可编程逻辑器件的基本特点
1. 数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类
有三态控制可实现总线连接
可将输出作输入用
2. 异或输出结构 在与或阵列的输出和三态输出缓冲器之间增加一级异或门。
便于对“与或”输出求反
3. 寄存器输出结构 增加了一些触发器，并将触发器的状态反馈到与逻辑阵列 上，以便为时序逻辑电路提供存储电路。
用途：产生时序逻辑电路
PAL16R4 输出缓冲电路中含有 4个触发器，且触发 器的状态全都反馈到 与阵列上。
Y0 AB AB EN 0时， Y1 AB BC Y AB BC 2
没有存储单元，用于设 计组合逻辑电路
时序逻辑型PLA电路 • 缓冲电路中增加了若干触发器 • 将这些触发器的状态反馈到可编程的与逻辑阵列上
8.3 可编程阵列逻辑（PAL）
8.3.1 PAL的基本结构形式 由可编程的与阵列、固定的或阵列和输入、输出缓冲电路 组成。
2. IOB
由三态输出缓冲器、输入缓冲器、D触发器和两个数据选 择器组成。 可以设置为输入/输出；输入时可设置为同步、异步。
3. 内部互连资源
包含许多水平方向和垂直方向的连线和可编程的开关矩阵Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ， 以及许多可编程的连接点
8.7 PLD的编程及硬件描述语言
对PLD进行编程就是要设置其中每个可编程元件的开关状态。 早期的PLD均需 离线进行编程操作，使用开发系统； 目前在CPLD中多采用“在系统可编程（ISP）”技术。 一、开发系统 1. 硬件：计算机+编程器 2. 软件：开发环境（软件平台） VHDL, Verilog 真值表，方程式，电路逻辑图（Schematic） 状态转换图（ FSM）
8.2 可编程逻辑阵列（PLA）
电路结构：一个可编程的与逻辑阵列、一个可编 程的或逻辑阵列、输入缓冲电路和输出缓冲电路。
PLD门电路的常用画法
×表示两条线通过编程相连 · 表示两条线是硬件连接的 没有连接符号两条线表示不相连
组合逻辑型的PLA • 一个具有3个输入端、可以产生4个乘积项和3个输出函 数的PLA结构图。 • 输出缓冲电路由一组三态输出的缓冲器组成。
数字 系统
2. PLD的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是 由用户通过对器件编程来设定的集成电路。
二、PLD的发展和分类 PROM是最早的PLD 1. PLA 可编程逻辑阵列
2. PAL
可编程阵列逻辑
3. GAL 通用阵列逻辑 4. CPLD 复杂可编程逻辑器件 5. FPGA 现场可编程门阵列
GLB中的宏单元 每个GLB中包含8～20个宏单元，规模较大的CPLD中可包含 1000多个。
CPLD中的IOB结构
8.6 现场可编程门阵列（FPGA）
包含若干个可编程逻辑模块（CLB）、可编程输入输出模块 IOB和一整套的可编程内部资源。
以Xilinx公司的XC2064为例 1. CLB
包含一个组合逻辑电路、一个D触发器和6个数据选择器。 可构成时序电路。
可以设计组合和 时序逻辑电路
4. 可配置输出结构 输出电路由一组可编程的输出逻辑宏单元（output logic macrocell，OLMC）组成。通过对OLMC的编程，可 以将输出电路的结构设置成不同的形式。
PAL22V10D 的OLMC电路结构图
OLMC可设置成的4种输出结构
8.4 通用逻辑阵列（ GAL） 通用性更强的可编程逻辑器件电路结构形式
第 8章
习题
8.1
8.2
8.4
8.6
8.7
可编程“与”阵列 + 固定“或”阵列 + 可编程输出电 路 OLMC 编程单元 采用E2CMOS 可改写
GAL16V8的OLMC
数据选择器
8.5 复杂可编程逻辑器件（CPLD）
由若干可编程的通用逻辑模块（generic logic block，GLB）、 可编程的输入输出模块（input/output block，IOB）和可 编程的内部连线组成。
8.3.2 PAL的各种输出电路结构
1. 可编程输入输出结构 可编程输入输出结构的输出电路具有可编程控制的三态 输出缓冲器G1。
用途：组合逻辑电路，
二、步骤 • 抽象（系统设计采用Top-Down的设计方法） • 选定PLD • 选定开发系统 • 编写源程序（或输入文件） • 调试，运行仿真，产生下载文件 • 下载 • 测试
硬件描述语言（hardware description language，HDL） 一种专门用于描述电路逻辑功能的计算机编程语言，能对 任 何复杂的数字电路进行全面的逻辑功能描述。 VHDL ：针对超高速数字集成电路的硬件描述语言 Verilog：和C语言有很多相似之处
第八章
可编程逻辑器件
可编程逻辑器件（PLD- Programmable Logic Device ）
传统的逻辑系统，当规模增大时 （SSI MSI)
焊点多，可靠性下降 系统规模增加成本升高 功耗增加 占用空间扩大
连接线与点增多 抗干扰下降
8.1 可编程逻辑器件的基本特点
1. 数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类
有三态控制可实现总线连接
可将输出作输入用
2. 异或输出结构 在与或阵列的输出和三态输出缓冲器之间增加一级异或门。
便于对“与或”输出求反
3. 寄存器输出结构 增加了一些触发器，并将触发器的状态反馈到与逻辑阵列 上，以便为时序逻辑电路提供存储电路。
用途：产生时序逻辑电路
PAL16R4 输出缓冲电路中含有 4个触发器，且触发 器的状态全都反馈到 与阵列上。
Y0 AB AB EN 0时， Y1 AB BC Y AB BC 2
没有存储单元，用于设 计组合逻辑电路
时序逻辑型PLA电路 • 缓冲电路中增加了若干触发器 • 将这些触发器的状态反馈到可编程的与逻辑阵列上
8.3 可编程阵列逻辑（PAL）
8.3.1 PAL的基本结构形式 由可编程的与阵列、固定的或阵列和输入、输出缓冲电路 组成。
2. IOB
由三态输出缓冲器、输入缓冲器、D触发器和两个数据选 择器组成。 可以设置为输入/输出；输入时可设置为同步、异步。
3. 内部互连资源
包含许多水平方向和垂直方向的连线和可编程的开关矩阵Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ， 以及许多可编程的连接点
8.7 PLD的编程及硬件描述语言
对PLD进行编程就是要设置其中每个可编程元件的开关状态。 早期的PLD均需 离线进行编程操作，使用开发系统； 目前在CPLD中多采用“在系统可编程（ISP）”技术。 一、开发系统 1. 硬件：计算机+编程器 2. 软件：开发环境（软件平台） VHDL, Verilog 真值表，方程式，电路逻辑图（Schematic） 状态转换图（ FSM）
8.2 可编程逻辑阵列（PLA）
电路结构：一个可编程的与逻辑阵列、一个可编 程的或逻辑阵列、输入缓冲电路和输出缓冲电路。
PLD门电路的常用画法
×表示两条线通过编程相连 · 表示两条线是硬件连接的 没有连接符号两条线表示不相连
组合逻辑型的PLA • 一个具有3个输入端、可以产生4个乘积项和3个输出函 数的PLA结构图。 • 输出缓冲电路由一组三态输出的缓冲器组成。
数字 系统
2. PLD的特点：是一种按通用器件来生产，但逻辑功能是 由用户通过对器件编程来设定的集成电路。
二、PLD的发展和分类 PROM是最早的PLD 1. PLA 可编程逻辑阵列
2. PAL
可编程阵列逻辑
3. GAL 通用阵列逻辑 4. CPLD 复杂可编程逻辑器件 5. FPGA 现场可编程门阵列
GLB中的宏单元 每个GLB中包含8～20个宏单元，规模较大的CPLD中可包含 1000多个。
CPLD中的IOB结构
8.6 现场可编程门阵列（FPGA）
包含若干个可编程逻辑模块（CLB）、可编程输入输出模块 IOB和一整套的可编程内部资源。
以Xilinx公司的XC2064为例 1. CLB
包含一个组合逻辑电路、一个D触发器和6个数据选择器。 可构成时序电路。
可以设计组合和 时序逻辑电路
4. 可配置输出结构 输出电路由一组可编程的输出逻辑宏单元（output logic macrocell，OLMC）组成。通过对OLMC的编程，可 以将输出电路的结构设置成不同的形式。
PAL22V10D 的OLMC电路结构图
OLMC可设置成的4种输出结构
8.4 通用逻辑阵列（ GAL） 通用性更强的可编程逻辑器件电路结构形式
第 8章
习题
8.1
8.2
8.4
8.6
8.7
可编程“与”阵列 + 固定“或”阵列 + 可编程输出电 路 OLMC 编程单元 采用E2CMOS 可改写
GAL16V8的OLMC
数据选择器
8.5 复杂可编程逻辑器件（CPLD）
由若干可编程的通用逻辑模块（generic logic block，GLB）、 可编程的输入输出模块（input/output block，IOB）和可 编程的内部连线组成。