PLD设计方法及步骤
PLD简介及设计流程
PLD简介及设计流程一、PLD简介PLD(Programmable Logic Device，缩写为PLD)种类繁多，国际著名的PLD生产厂家有ALTERA、XILINX、Lattice及AMD等。
各厂家还有多种不同型号，不同厂商生产的PLD器件结构差别也较大。
但是，由于PLD的设计并不需要了解过多的PLD的内部结构，对于有数字电路基础的PLD初学者，甚至可以不需要了解PLD结构就可以进行初步设计。
因此，高密度可编程逻辑器件近年来发展很快，目前已有集成度高达300万门以上、系统频率为100MHz 以上的密度可编程逻辑器件(HDPLD)供用户使用。
高密度可编程逻辑器件的使用，使得现代数字系统的设计方法和设计过程发生了很大的变化，现在一个数字系统已经可以装配在一块芯片上，即所谓的片上系统(System On Chip，简称SOC)、这样制成的设备体积小、重量轻、可靠性高、成本低，维修也更加方便。
FPGA（Field Programmable Gates Array，现场可编程门阵列）与CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）都是一种用户可编程逻辑器件（统称为PLD），它们是在PAL、GAL等逻辑器件的基础上发展起来的。
同以往的PAL和GAL相比，FPGA/CPLD规模比较大，适合于时序、组合逻辑电路应用场合，它以其编程方便、集成度高、开发周期短、速度快、价格合理等特点越来越受到广大电子设计人员的青睐。
FPGA与CPLD的区别主要是其结构特点和工作原理，通常的分类方法是：●将基于乘积项可编程结构（即可编程的与阵列和固定的或阵列结构）的器件称为CPLD，如Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX系列等。
●将基于SRAM查表法结构方式的器件称为FPGA，如Xilinx的SPARTAN系列、Altera的Stratix、ACEX、APEX和FLEX系列等。
可编程逻辑器件(PLD)
PLD开发工具提供了完整的解决方案，包括设计输入、综合、布局布线、仿真和调试等功能。这些工 具支持多种PLD器件和编程语言，使得设计师能够高效地实现数字电路设计和PLD编程。
05
PLD的未来发展与挑战
PLD的未来发展趋势
更高的集成度
随着半导体工艺的进步，PLD将实现更高的集成度，具备更强大 的计算和数据处理能力。
现代阶段
随着技术不断发展，PLD 的集成度更高，功能更强 大，应用领域更广泛。
PLD的应用领域
通信领域
用于实现通信协议的转换、信号处理和调制 解调等功能。
工业控制
用于实现自动化控制、电机驱动和传感器数 据处理等功能。
数字信号处理（DSP）
用于实现图像处理、语音识别和数字信号处 理算法。
计算机硬件设计
安全与可靠性问题
随着PLD在关键领域的应用增加， 安全和可靠性问题成为关注的焦 点，需要加强安全机制和可靠性 设计。
知识产权保护
随着PLD技术的不断进步和应用 领域的拓展，知识产权保护成为 重要问题，需要加强知识产权保 护措施。
PLD的发展前景与展望
拓展应用领域
随着PLD技术的不断成 熟，其应用领域将进一 步拓展，尤其是在人工 智能、物联网、5G等领 域。
布线策略
选择合适的布线策略，确 保信号传输的可靠性和效 率。
物理验证
检查布局和布线后的设计 是否满足时序和功耗要求。
配置与下载
生成配置文件
根据设计结果，生成用于配置PLD的二进制 文件。
下载与配置
将配置文件下载到PLD中，完成硬件电路的 配置。
测试与验证
在实际硬件环境中测试设计的正确性和性能。
04
复杂可编程逻辑器件(CPLD)
PLD
1.3 使用PLD的基础
PLD入门学习单片机要简单的多 有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行 PLD的开发。 在实际应用时，还要有电路设计的经验、并具 备些大型电路的基本知识（如计算机等） 开发PLD需要了解两个部分： 1.PLD开发软件 2.VHDL
二. PLD开发工具软件
2.1、 软件概要 可以用自己熟悉的方法完成PLD设计： （原理图输入或HDL语言。） 由于PLD软件已经发展的相当完善，用 户不用详细了解PLD的内部结构 了解PLD开发软件和开发流程。 了解PLD的内部结构，将有助于提高我 们设计的效率和可靠性。（提高阶段）
3）具有层次结构性
VHDL程序在结构的一个特点是将一项工程设 计，或称设计实体(可以是一个元件、一个电 路模块或一个系统)。 对一个设计实体定义后，其他的工程设计中就 可以直接调用这个实体。
4）具有独立于器件的能力
VHDL设计的描述具有相对独立性，与硬件的 结构无关，也不必关心最终设计的目标器件工 艺是什么。 VHDL设计程序的硬件实现目标有广泛的选择 范围，其中包括各系列的CPLD、FPGA及各 种门阵列实现目标。 该特点有利于设计的电路在不同的器件上移植 实现。
2.2、如何获得PLD开发软件软件呢?
许多PLD公司都提供免费试用版或演示版(当然商业版大都是 收费的）， 例如：可以免费从 上下载Altera公司的 QuartusII （web版）。 Xilinx 公司也提供免费软件：ISE WebPack,这套可以从xilinx 网站下载。 Lattice 提供isplever Base版下载，Actel等公司也都有类似的 免费软件提供。 以上免费软件都需要在网上注册申请License文件，如果您对 License的安装还有不清楚，请仔细阅读相关网页上的说明。 通常这些免费软件已经能够满足一般设计的需要，当然，要想 软件功能更强大一些，只能购买商业版软件。
第8章 PLD设计
程，FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程。
第8章 PLD设计
《 电 子 线 路 辅 助 设 计 Protel 99 》 SE
二、PLD 99的特点
PLD 99包含三个专为PLD设计工作定制
的EDA／Client服务器： 文本专家——具有语法意识的文本编辑 器。 PLD——用来编译和仿真设计结果。
8.1.1 PLD器件概述 数字集成电路从逻辑功能上可分为通用型和专用 型两类，我们所熟悉的TTL系列、CMOS系列都属于 通用型数字集成电路，通用型数字集成电路逻辑功能 简单，输入输出逻辑关系固定不变，从理论上讲通用 型数字集成电路也可以组成任意复杂的数字电路系统。 但是将所设计的数字电路系统做成大规模集成电路， 则可进一步缩小电路的体积、重量和功耗，而且会使 可靠性大为提高，这种为专门用途而设计的集成电路 称为专用集成电路，即所谓ASIC（Application Specific Integrated Circuit）。
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一、CUPL语言概述
1. 变量
变量是由一串阿拉伯字符组成的。它被用来标示逻辑器件的 管脚，定义内部节点、常量、输入输出信号名和一些临时的信号名 等等。 定义一变量时，需依照如下的一些规则： 1）变量名中可以有数字、字符和下划线等，但至少有一个字符。 2）变量名区分大小写。
Wave——用来观察仿真波形。
第8章 PLD设计
三、PLD的一般设计过程
1）明确设计目的 了解所需要进行的设计，牢记
《 电 子 线 路 辅 助 设 计 Protel 99 》 SE
这次设计可用的布尔表达式、状态机和真值表。明确 哪种类型最适合这次设计。 2）创建源文件 一是使用PLD库元件来绘制PLD
可编程逻辑器件PLD的使用
可编程逻辑器件PLD的使用介绍可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简称PLD）是一种集成电路，用于实现数字逻辑电路的设计与开发。
相比于传统的固定逻辑电路，PLD具有可编程性，可以根据需要重新编程，从而满足不同的功能需求。
在现代电子设备中，PLD被广泛应用于各种数字系统，包括计算机、通信设备、工控系统等。
本文将介绍PLD的基本概念、工作原理以及使用方法，帮助读者了解和使用PLD。
基本概念可编程逻辑器件（PLD）可编程逻辑器件是一种集成电路芯片，由一系列的逻辑门、触发器和可编程连接元件组成。
PLD中的连接元件可以根据用户的需求通过编程来定义，从而实现不同的逻辑功能。
逻辑门逻辑门是数字电路中的基本组成元件，用于执行逻辑运算。
常见的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）等。
PLD中通常包含多个逻辑门，可以通过编程来定义逻辑门之间的连接关系，以实现特定的逻辑功能。
触发器触发器是数字电路中用于存储和操作信息的元件。
PLD中的触发器可以用来实现时序逻辑功能，例如计数器和状态机等。
可编程连接元件可编程连接元件是PLD中的重要组成部分，它决定了逻辑门和触发器之间的连接关系。
通常使用的可编程连接元件有可编程逻辑阵列（PLA）和可编程互连元件（PAL）等。
工作原理PLD的工作原理可以分为两个阶段：编程和运行。
编程编程是指将用户的逻辑设计转换为PLD可读取的编程文件。
通常使用的编程方式有硬件编程和软件编程。
硬件编程通常通过专用的编程设备和编程线进行，而软件编程则通过一种特定的软件工具来完成。
在编程过程中，用户需要定义逻辑门和触发器之间的连接关系，以及逻辑功能的实现方式。
编程文件通常以特定的格式保存，供PLD读取并进行配置。
运行运行是指将经过编程的PLD配置为用户所需的逻辑功能，并进行实际运行。
运行过程中，PLD读取编程文件中的配置信息，并根据配置信息实时控制逻辑门和触发器的工作状态。
PLD的设计过程和方法浅析
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数字电子技术项目八掌握PLD开发流程与开发工具
基础知识：
MAX+PlusⅡ的 MAX+PlusⅡ的 硬件描述语言 原理图输入设计 波形输入设计方法 （HDL）
基础知识：
MAX+PlusⅡ的 MAX+PlusⅡ的 硬件描述语言 原理图输入设计 波形输入设计方法 （HDL）
（5）时序仿真
图8-13 打开波形编辑器并从SNF文件中输入信号 节点
这种方法与传统的计算机软件语言的输入 编辑基本一致。
基础知识：
可编程逻辑器件 的类型
PLD的开发流程
MAX+PlusⅡ 概述
HDL采用文本方式描述设计，并在EDA工具软 件的文本编辑器中输入，其逻辑描述能力强， 但不适合描述接口和连接关系。
基础知识：
可编程逻辑器件 的类型
PLD的开发流程
MAX+PlusⅡ 概述
2、设计实现 设计实现主要由EDA开发工具依据设计输
入文件自动生成用于器件编程、波形仿真及延 时分析等所需的数据文件。此过程对开发系统 来讲是核心部分，但对用户来说，几乎是自动 化的，设计者无需做过多工作，只需根据需要
基础知识：
可编程逻辑器件 的类型
PLD的开发流程
MAX+PlusⅡ 概述
通过设置“设计实现策略”等参数来控制设计 实现过程，从而使设计更优化。 （1）综合 （2）适配
基础知识：
MAX+PlusⅡ的 MAX+PlusⅡ的 硬件描述语言 原理图输入设计 波形输入设计方法 （HDL）
MAX+plusⅡ中提供了直观的、易于理解 的波形输入(Waveform Design)方式，可以设 计组合电路、简单的时序电路和状态机。同 MAX+plusⅡ中其他的输入方式一样，波形设 计输入可以生成原理图中的元件Symbol，从 而被更高一级的设计所调用。
简易交通灯控制的PLD设计
设计的交通灯控制系统具有灵活性高、可靠性好、易于扩展等优点，能 够满足实际交通需求，具有一定的实用价值。
在设计过程中，我们采用了自顶向下的设计方法，将整个系统划分为多 个模块，便于代码编写和调试。同时，我们还采用了仿真测试的方法， 对设计的正确性进行了验证。
电源电路
用于提供稳定的电源，确保交 通灯的正常工作。
交通灯控制系统的基本工作原理
信号采集
通过传感器或其他设备检测道 路上的车辆和行人流量，并将
信号输入控制电路。
信号处理
控制电路根据输入的信号和时 钟电路的定时信号，计算出各 个方向上通行或等待的时间。
输出控制
控制电路根据计算结果，控制 红、绿、黄三色灯的亮灭，指 示车辆和行人通行或等待。
展望
在未来的工作中，我们可以进一步优化交通灯控制逻辑，提高系统的效率和可靠性。例如， 可以通过增加传感器和检测器，实现交通灯的自动调节和智能控制。
此外，我们还可以将该设计应用于其他领域，如智能家居、工业自动化等，实现更广泛的用 途。同时，我们也可以将该设计与其他技术相结合，如人工智能、物联网等，实现更加智能 化的控制和管理。
最后，我们希望本次设计能够为其他相关领域的研究提供一定的参考和借鉴，推动相关领域 的发展和进步。
感谢观看
THANKS
交通灯控制系统需要处理复杂的逻辑 关系，如红、绿、黄灯的顺序切换和 时间间隔，以满足道路交通的需求。
PLD简介
PLD，即可编程逻辑器件，是一种集成 电路，其逻辑功能可以根据用户的需求
进行编程和配置。
PLD包括多种类型，如可编程逻辑阵列 （PLA）、可编程阵列逻辑（PAL）、 通用可编程逻辑（GAL）和复杂可编程
PLD器件的设计步骤
1、PLD器件的设计步骤1.1.电路逻辑功能描述PLD器件的逻辑功能描述一般分为原理图描述和硬件描述语言描述，原理图描述是一种直观简便的方法，它可以将现有的小规模集成电路实现的功能直接用PLD器件来实现，而不必去将现有的电路用语言来描述，但电路图描述方法无法做到简练；硬件描述语言描述是可编程器件设计的另一种描述方法，语言描述可能精确和简练地表示电路的逻辑功能，现在在PLD的设计过程中广泛使用，并且有更加浒的趋势，常用的硬件描述语言有ABEL,VHDL语言等，其中ABEL是一种简单的硬件描述语言，其支持布尔方程、真值表、状态机等逻辑描述，适用于计数器、译码器、运算电路、比较器等逻辑功能的描述；VHDL语言是一种行为描述语言，其编程结构类似于计算机中的C语言，在描述复杂逻辑设计时，非常简洁，具有很强的逻辑描述和仿真能力，是未来硬件设计语言的主流。
1.2.计算机软件的编程及模拟不管是用硬件描述语言描述的逻辑还是用原理图描述的逻辑，必须通过计算机软件对其进行编译，将其描述转换为经过化简的布尔代数表达式（即通常的最简与或表达式），编译软件再根据器件的特点将表达式适配进具体的器件，最终形成PLD器件的熔断丝文件（通常叫做JEDEC文件,简称为JED文件）。
通常在将用户设计的逻辑下载到具体器件中前，为了检查设计的结果是否正确，通常可以通过计算机软件进行模拟，检查其设计结果是不否与设计要求相符。
1.3.通过编程器将JED文件下载到PLD器件中在上步中形成的熔断丝文件必须下载到PLD器件中去才能实现设计的要求，熔断丝文件的下载一般须通过编程器进行下载。
编程器是一种专门用于对可编程器（如EPROM,EEPROM,GAL,CPLD,PAL等）进行编程的专业设备，常见的编程器有台湾河洛公司的ALL系列、南京西尔特公司的Super系列等。
编程器通常通过计算机的并行打印器将JED文件下载到编程器中，编程器再将JED文件根据器件的特点将其写入器件内部，从而达到下载的目的。
10分钟学会PLD设计
10分钟学会PLD设计睿浩电子今天我们将带领大家完成你的第一个PLD设计，即使你从没有接触过PLD，也可以让你可以在十分种之内初步学会PLD设计！不信？呵呵我们慢慢往下看。
实验目的我们分别采用VHDL、Verilog-HDL和原理图输入方式设计一个简单的三人表决器，，并下载到PLD实验板进行实际运行。
三人表决器的功能描述：三个人分别用手指拨动开关SW1、SW2、SW3来表示自己的意愿，如果对某决议同意，各人就把自己的指拨开关拨到高电平（上方），不同意就把自己的指拨开关拨到低电平（下方）。
表决结果用LED（高电平亮）显示，如果决议通过那么实验板上L2（黄灯）亮；如果不通过那么实验板上L1（红灯）亮；如果对某个决议有任意二到三人同意，那么此决议通过，L2亮；如果对某个决议只有一个人或没人同意，那么此决议不通过，L1亮功能虽然简单，但是大家可以从这个实验中学习到PLD的设计输入，仿真，下载等一个完整过程。
软件准备本次实验采用Max+plusII 10.2 软件,首先我们需要下载免费软件并安装license。
对于WindowsNT/2000/XP,还需要安装下载电缆的驱动程序。
>> 软件安装和license的获取请点击此处>> 安装下载电缆的驱动程序请点击此处硬件准备PC机一台，JX002B型实验板，电源，下载电缆软硬件均准备好以后，就可以开始我们的设计了。
在三种输入方式中，你也可以先只看一种，比如原理图方式或者VHDL方式，然后可以直接看2－4章的内容下面您可以继续学习以下内容：10分钟学会PLD设计1 －设计输入 1.1 采用原理图输入10分钟学会PLD设计1 －设计输入 1.2 采用VHDL语言输入10分钟学会PLD设计1 －设计输入 1.3 采用Verilog语言输入10分钟学会PLD设计2 －设计的编译10分钟学会PLD设计3 －设计的仿真10分钟学会PLD设计4 －下载1 设计输入1.1 采用原理图设计三人表决器我们根据三人表决器的直值表，可以通过卡诺图化简可以得到：L2=SW1SW2+SW1SW3+SW2SW3L1=_L2那么我们可以在MAX+plusII中用原理图实现上面的三人表决器下面仅把和VHDL不同的详细写下，相同或基本相同的就一带而过：（1）打开MAX+plusII（2）新建一个图形文件：File菜单>new新建文件时选择Graphic Editor file点OK（3）输入设计文件我们现在在图形文件中输入电路，我们这个电路需要AND2、OR3、NOT三个逻辑门电路和输入输出端，你可以Symbol ->Enter Symbol（或者双击空白处）弹出窗口：在Symbol Name中输入and2，点OK同样可以加入or3、input、output、not对input、output，鼠标左键双击PIN_NAME，那么PIN_NAME被选中，并且变黑，然后输入你要改的名字，如SW1把元件拖动到合适位置，将光标放到元件的引线出，可以发现光标变为十字星，此时摁住左键就可以进行连线。
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PLD设计方法及步骤
1、PLD 器件的设计步骤
1.电路逻辑功能描述
PLD 器件的逻辑功能描述一般分为原理2.计算机软件的编程及模拟
不管是用硬件描述语言描述的逻辑还是用原理3.通过编程器将JED 文件下载到PLD 器件中
在上步中形成的熔断丝文件必须下载到PLD 器件中去才能实现设计的要求，熔断丝文件的下载一般须通过编程器进行下载。
编程器是一种专门用
于对可编程器（如EPROM,EEPROM,GAL,CPLD,PAL 等）进行编程的专业设备，常见的编程器有台湾河洛公司的ALL 系列、南京西尔特公司的Super 系列等。
编程器通常通过计算机的并行打印器将JED 文件下载到编程器中，编程器再将JED 文件根据器件的特点将其写入器件内部，从而达到下载的目的。
下可
编程器件的设计软件种类很多，各大器件厂家及一些软件公司都开发了一系列
的设计软件，正是由于这些软件才推动了可编程器件的快速发展。
通常根
据逻辑功能的描述方法分为：语言描述和原理1.ABEL-HDL 语言
ABEL-HDL 语言是一种用语言来描述器件逻辑功能的设计语言，它与其
它计算机语言一样有一些关键字及一些规定。
(1)逻辑符号：它可以是标准符号
库的符号，也可以是代表其它电路功能的符号，如1.用ABEL 语言设计(1) 启动Synario 软件并创建一个新的设计项目在Windows 95 的程序组上执行Synario,屏幕中的出现Synario 软件的开始界面。
在File 菜单中选择New Profect 项，键入新的项目名如SUM。
如下图所示。
在实际使用时应注意该项目所处的目录位置，否则当退出当前操作后就找不
到前的设计，当前的目录位置可由上图的右框中可以看出；另外还须注意的是，。