第七章 存储器、CPLD
简述cpldfpga的原理特点及应用
简述CPLD/FPGA的原理特点及应用1. 什么是CPLD/FPGACPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）和FPGA （Field Programmable Gate Array，场可编程门阵列）都属于可编程逻辑器件的一种。
它们是在数字电路设计领域中广泛应用的一类芯片，能够根据设计者的需求进行灵活的逻辑和功能配置。
CPLD是由可编程逻辑门、触发器和可编程互连电路构成；FPGA则是基于可编程逻辑块、可编程的互连和内部存储单元块。
2. CPLD/FPGA的工作原理CPLD/FPGA的工作原理是通过对其内部的逻辑单元、开关和互连网络进行编程来实现特定的功能和逻辑操作。
2.1 CPLD的工作原理CPLD是由大量可编程逻辑门和触发器构成的，其中逻辑门负责逻辑运算，触发器负责存储数据。
CPLD内部的可编程逻辑门和触发器的连线可以通过编程修改，从而灵活配置逻辑功能。
CPLD通过内部编程存储器（PROM）或者FLASH等方式存储逻辑设计，并在电源打开后加载这些设计。
一旦CPLD内部的逻辑门和连线被编程好后，它们将始终保持不变，从而实现了硬件的逻辑功能。
2.2 FPGA的工作原理FPGA的逻辑块（Logic Block）是由可编程逻辑单元、可编程的互连和内部存储单元块组成。
逻辑单元负责逻辑运算，互连负责连接逻辑单元和存储单元，内部存储单元用于存储数据。
FPGA利用逻辑单元和互连网络构建逻辑功能，通过内部存储单元来实现数据的存储。
与CPLD不同的是，FPGA的逻辑块在每次上电时都需要重新加载设计，因此它可以根据需求重新配置逻辑功能。
3. CPLD/FPGA的特点CPLD/FPGA有以下几个特点：3.1 可编程性CPLD/FPGA可以根据设计者的需要进行编程，从而实现特定的逻辑功能。
这种可编程性使得CPLD/FPGA适用于多种应用场景，能够灵活应对不同的需求。
cpld语法-概述说明以及解释
cpld语法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种集成电路器件，具有可编程逻辑功能。
它的特点在于其内部包含大量可编程逻辑单元（如门阵列、触发器等），可以根据用户的需求进行编程，实现各种逻辑功能。
CPLD的灵活性和可编程性使其在数字电路设计领域得到广泛应用。
本文将重点介绍CPLD的编程语法，通过学习CPLD的编程语法，读者可以更好地理解和应用CPLD技术，提升自己的电路设计能力和实践经验。
1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三个部分来逐步展开关于CPLD语法的介绍和讨论。
在引言部分中，我们将简要概述CPLD语法的重要性，并介绍文章的结构和目的。
接着，在正文部分，我们将首先介绍CPLD的定义与特点，然后探讨CPLD在各个应用领域中的具体应用，最后重点讨论CPLD的编程语法，深入探讨其技术细节和使用方法。
最后，在结论部分，我们将总结CPLD语法在现代电子领域中的重要性，展望其未来发展趋势，并得出结论。
整个文章结构清晰逻辑，希望能够对读者有所帮助。
1.3 目的CPLD（Complex Programmable Logic Device）作为一种可编程逻辑器件，在数字电路设计中扮演着重要的角色。
本文旨在探讨CPLD的编程语法，深入了解其语法规则和特点，帮助读者更好地掌握CPLD的编程技巧。
通过对CPLD编程语法的介绍和分析，读者可以更有效地设计和实现数字电路，提高电路设计的效率和准确性。
同时，本文还旨在强调CPLD 语法在现代电子领域的重要性，为读者提供未来学习和应用CPLD的参考依据。
通过本文的阐述，读者能够更全面地了解CPLD的编程语法，为进一步深入研究和应用CPLD打下坚实的基础。
2.正文2.1 CPLD的定义与特点CPLD全称为Complex Programmable Logic Device，即复杂可编程逻辑器件。
CPLD原理及结构
可编程逻辑器件工艺及结构LOGOFPGA 芯片的内部结构--查找表由布尔代数理论可知，对于一个n 输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在种结果。
如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。
FPGA 通过烧写文件，配置查找表的内容。
从而，在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。
FPGA 芯片的内部结构--4输入查找表查找表（Look-Up-Table ）简称为LUT ，LUT 本质上就是一个RAM 。
目前, FPGA 中多使用4输入的LUT ，所以每一个LUT 可以看成一个有4位地址线的RAM 。
设计者通过原理图或HDL 语言描述了一个逻辑电路后，PLD /FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM 。
这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
FPGA芯片的内部结构--4输入查找表实际逻辑电路LUT实现方式a,b,c,d输入逻辑输出RAM地址RAM中存储内容00000000000001000010…..….1111111111FPGA 芯片的内部结构--4输入查找表一个逻辑电路的Verilog HDL 描述直接对应的逻辑电路经过EDA 软件综合FPGA 芯片的内部结构--4输入查找表FPGA 芯片的内部结构--4输入查找表LUT 具有和逻辑电路相同的功能。
实际上，LUT 具有更快的执行速度和更大的规模。
LUT 具有下面的特点：（1）LUT 实现组合逻辑的功能由输入端口数量决定，而不是由复杂度决定。
（2）LUT 实现组合逻辑有固定的传输延迟。
FPGA 芯片的内部结构--6输入查找表多年以来，四输入LUT 一直是业界标准。
但是，在65nm 工艺条件下，相较于其它电路（特别是互连电路），LUT 的常规结构大大缩小。
（1）一个具有四倍比特位的六输入LUT (6-LUT) 仅仅将CLB 面积提高了15% -但是平均而言，每个LUT 上可集成的逻辑数量却增加了40%。
CH7-存储器
本单元门控制管:控 制触发器与位线的 接通。Xi =1时导通
VDD VGG 存储 单元 T6
来自行地址译码 器的输出
T3 位 线 T5 T1
T4 T2
B
来自列地址译码 器的输出
数 据 线 D
T7
双稳态存储单元 电路
Yj (列选择线)
位 线 B
T8 数 据 D 线
列存储单元公用的门 Yi ＝1时导通
A CP
数据选择器 地址 寄存 器 A A1 D1 Q1 A1 A0 D Q 0 0 0 丛发控 制逻辑
ADV
写地 址寄 存器
地址译码 输 存储阵列 出 放 大 输入驱动 输入 寄存器
CE WE
读写控制 逻辑
I /O
OE
寄存地址线上的地址
2位二进制计数器, 处理A1A0
数据选择器 地址 寄存 器 A A1 D1 Q1 A1 A0 D Q 0 0 0 丛发控 制逻辑
7.1.1 ROM的定义与基本结构
地址译码器
入地 址 输
存储矩阵
器地 址 译 码
存储矩阵
输出控制电路 输出控制电路
数据输出
控制信号输入
1) ROM（二极管PROM）结构示意图
+5V
M=44
位线 地址译码器
A1 A0
R
R
R
R
存储 矩阵
Y0 A1 A0 Y1
Y2 2 线 -4 线 译码器 Y3
字线
0001
0011 0010 0110
1
1 1 1
0001
0010 0011 0100
0001
0011 0010 0111
0
cpld语言 -回复
cpld语言-回复CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种可编程逻辑器件，它具有广泛的应用领域，包括数字逻辑电路设计、数字信号处理、自动化控制、仪器仪表和通信设备等。
本文将详细介绍CPLD的基本概念、工作原理以及它在电子工程中的应用。
第一部分：CPLD概述CPLD是一种采用可编程技术实现逻辑功能的半导体器件。
与传统的具有固定逻辑功能的器件不同，CPLD可以根据用户的需求进行逻辑功能配置。
它由可编程逻辑单元（PLU）、可编程输入输出（PIO）、时钟管理单元（CMU）和外部输入输出引脚（I/O）等组成。
第二部分：CPLD工作原理CPLD的核心部分是可编程逻辑单元（PLU），它是由大量的逻辑门构成。
这些逻辑门可以被用户编程为特定的逻辑功能，例如AND、OR、NOT 等。
用户可以使用专门的软件工具来配置逻辑门的功能，从而实现特定的逻辑功能。
CPLD的输入输出引脚（I/O）可以连接到外部电路，用于与其它器件进行通信。
CPLD还包含一些时钟管理单元（CMU），用于控制和管理时钟信号。
时钟信号可以用于同步逻辑功能的实现，提高系统性能和稳定性。
第三部分：CPLD的优势CPLD具有以下几个优势：1. 灵活性：CPLD的逻辑功能可以根据用户的需求进行配置，可以实现复杂的逻辑功能，适用于各种应用场景。
2. 高集成度：CPLD内部包含大量的逻辑门和存储器单元，可以实现多个逻辑功能的集成，减少了电路板的复杂度和尺寸。
3. 可编程性：CPLD可以重复编程，方便用户在设计和开发过程中进行逻辑功能的调整和优化。
4. 低功耗：CPLD采用低功耗的工艺制造，可以满足电子设备对功耗的要求。
5. 高可靠性：CPLD具有较高的抗干扰能力和稳定性，适用于各种复杂环境和工作条件。
第四部分：CPLD的应用CPLD在电子工程中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 数字逻辑电路设计：CPLD可编程性强，可以实现各种复杂的数字逻辑功能，包括逻辑门电路、时序电路、状态机等。
第7章FPGACPLD硬件结构与工作原理讲述素材PPT课件
15
一、PLD基础
举例：用PROM完成半加器逻辑阵列
F0A0A1A0A1 F1A1A0
16
一、PLD基础
PLA：逻辑阵列示意图
A1
A0
或阵列 （可编程）
A1 A 1
A0 A 0
与阵列（可编程）
F1
F0
17
一、PLD基础
PAL：逻辑阵列示意图
A1 A0 A0
F0
A1
F1
F1 F0
PAL结构
PAL的常用表示
PLD中或阵列的表示
14
一、PLD基础
PROM：逻辑阵列结构
A0 A1
An1
… … …
与阵列 （不可
W0 W1
编程） Wp1
或阵列 （可编程）
F0 F1
Fm1
p2n
其逻辑函数是：
F0 Mp1,0Wp1M1,0W1M0,0W0 F1 Mp1,1Wp1M1,1W1M0,1W0
Fm1 Mp1,m1Wp1M1,m1W1M0,m1W0
FPGA：基于查找表结构
输入A 输入B 输入C 输入D
查找表 LUT
输出P P=F(A,B,C,D)
27
输入A 输入B 输入C 输入D
二0 、FPGA/CPLD结构与工作原理
0
多路选择器
0
0
0
1
1
16×1 0 SRAM 0
输出P
0
0
0
0
0
1
1
P ABCD ABCD ABCD AB28CD
举例： Cyclone 2系列
输入缓 冲电路
与阵列
输出逻辑宏 单元OLMC
20
CPLD和FPGA内部结构和原理
CPLD和FPGA内部结构和原理1.CPLD的内部结构和原理：CPLD中的主要组件是可编程逻辑单元（PLU），每个PLU中包含了多个可编程逻辑阵列（PLA），以及用于配置逻辑功能的多个存储器单元。
每个PLA都包含了输入寄存器、多个AND门和一个OR门。
当CPLD需要实现一些逻辑功能时，相关的逻辑门将被编程为特定的功能，并在PLU中通过可编程互连的方式连接起来。
此外，CPLD通常还包含时钟管理单元、输入/输出单元和可编程的信号延迟单元。
CPLD的工作原理如下：1) 配置：在设计过程中，使用者将所需逻辑功能转换为硬件描述语言（如VHDL或Verilog），然后通过设计工具将其编译为CPLD可接受的配置文件。
配置文件将存储在CPLD的非易失性存储器中（通常是闪存或EEPROM）。
2)启动：当CPLD上电时，其中的配置文件会被加载到可编程逻辑单元中，使CPLD实现所需的逻辑功能。
3)运行：一旦CPLD成功配置，它将按照配置文件中定义的逻辑功能来处理输入信号，并在输出端口提供相应的输出信号。
CPLD还可以通过重配置来支持动态更新设计，以满足不同的应用需求。
2.FPGA的内部结构和原理：FPGA由海量的可编程逻辑单元和可编程互连网络组成。
可编程逻辑单元由可编程逻辑阵列（Look-Up Table，LUT）和触发器组成，用于实现具体的逻辑功能。
可编程互连网络通过配置跨可编程逻辑单元的信号路径实现不同模块之间的连接。
FPGA的工作原理如下：1)配置：同样，设计者使用硬件描述语言编写逻辑功能描述，并通过设计工具将其编译为FPGA可接受的配置文件。
配置文件存储在FPGA的非易失性存储器中。
2)启动：当FPGA上电时，配置文件会被加载到FPGA的可编程逻辑单元和可编程互连网络中，以实现所需的逻辑功能。
3)运行：一旦FPGA成功配置，它将按照配置文件中定义的逻辑功能来处理输入信号，并在输出端口提供相应的输出信号。
FPGA还可以支持动态重配置，即在运行时重新配置FPGA以改变逻辑功能。
cpld原理
cpld原理CPLD原理CPLD全称是Complex Programmable Logic Device，中文名称为复杂可编程逻辑器件。
它是一种集成电路芯片，可以通过编程来实现逻辑功能。
CPLD由可编程逻辑器件（PLD）和可编程器件（PROM）组成，其中可编程逻辑器件包括可编程逻辑阵列（PLA）、可编程的中间级逻辑和可编程输入/输出（I/O）等组件。
CPLD的原理是通过编程来配置其逻辑功能。
首先，需要使用HDL （Hardware Description Language）来描述所需的逻辑功能。
常用的HDL语言包括VHDL和Verilog。
接着，使用逻辑综合工具将HDL代码转换成相应的逻辑门电路。
然后，将逻辑门电路映射到CPLD的可编程逻辑阵列中，通过PLA和中间级逻辑来实现复杂的逻辑功能。
最后，将输入/输出引脚与CPLD的可编程输入/输出连接，完成CPLD的配置。
CPLD的核心是可编程逻辑阵列（PLA），它由一系列可编程逻辑单元（PLU）组成。
每个PLU包含逻辑门电路和触发器，可以实现基本的逻辑功能和存储功能。
PLA中的PLU可以通过编程控制来连接或断开，从而实现不同的逻辑功能。
CPLD的可编程输入/输出可以用于与外部设备进行通信，如与其他芯片进行数据交换或与外部电路连接。
CPLD的优点之一是灵活性。
由于其可编程性，CPLD可以根据实际需求进行定制化设计。
它可以适应不同的应用场景，并实现不同的逻辑功能。
此外，CPLD还具有较高的集成度和可靠性，可以在小尺寸的芯片上实现复杂的逻辑功能。
CPLD在数字电路设计和嵌入式系统中起着重要的作用。
它可以用于实现各种逻辑功能，如控制逻辑、数据处理和通信接口等。
在数字电路设计中，CPLD可以替代离散逻辑电路，简化电路设计和布局。
在嵌入式系统中，CPLD可以与微处理器或微控制器配合使用，实现系统级的控制和接口功能。
除了CPLD，还有一种类似的器件称为FPGA（Field Programmable Gate Array），它与CPLD有一些相似之处，但也存在一些差异。
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A9 A8
Y0 2/4 Y1 Y2 Y3
CS 256×4 CS I/O CS 256×4 CS 256×4 I/O
…
A0-A7
8
256×4
4
I/O
8
I/O
4
高四位
4
4
低四位
介绍 RAM MCM6264
该芯片是摩托罗拉公司生产的静态RAM，28脚双列直插封装。
A2 VCC A3 A4 A5 A7 A8 A9 A11 DQ0 VSS
8K×8 功能框图
2. 字数的扩展
例2 将8K×8位的RAM扩展为32K×8位的RAM
图 8.1.10
74139 有效输 出端
D7D0 CS R/W 8K8 位
13
8
芯 片
A14A13
A12A0
(I)
8
D7D0 CS R/W
I
II III
Y0
Y1 Y2
00
01 10
A1 A0 EN
Y0 Y1
第七章 存储器、CPLD
学习完本章后，应该能做到：
1、阐明ROM 、 RAM的结构特点及其工作原理。 2、简述PROM、EPROM、EEPROM等概念。 3、简述SRAM、DRAM、地址、位、字等概念。 4、阐述位扩展、字扩展的方法，并熟练运用。 5、简述半导体存储器的应用。
第七章 存储器、CPLD
例1 用4K×4位的RAM扩展为4K×16位的RAM
A11 ┇ A0 ┇ ┇
CS
R/W
R/W
· · ·
A0 · A11 · · 4K×4位（1） CS
I/O2 I/O3
· · ·
R/W CS
A0 · A11 · ·
I/O2 I/O3
4K×4位（4）
I/O0 I/O1
I/O0 I/O1
D0
D1
D2
D3
7.2 随机存取存储器( RAM )
• 随机存储器又称读写存储器
• 特点：在工作过程中，既可从存储器的任意单元 读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因 此它被称为随机存储器。 • 分类: 按功能分 静态SRAM 、动态DRAM两类； 按所用器件分 双极型、 MOS型两种。
RAM的基本结构
地 址 码 输 入 片选 读/写控制 输入/输出
当CS=0时，选中该单元. 若R/W=1，三态门1、2 关, 3开，数据通过门3传到 I/O口，进行读操作；
CS
若R/W=0，门1、2开， 门3关，数据将从I/O口通过 门1、2，向T7、T8写入，进 行写操作。
• 当Xi和Yi中有一消失，该单元与数据线联系被切断，由于互锁作 用，信息将被保存。
RAM存储容量的扩展 1. 位数 （字长）的扩展
地址 译码器
存储 0011 矩阵
1100
Y3
位线 EN
D3 D2 D1 D0
输出缓 冲器
三极管ROM和NMOS管ROM
+VDD
00 Y0 A1 A0 A1 A0 Y1 01 +5V
地址 译码器
Y2
10
Y3
11
EN D3 D2 D1 D0
可编程ROM（PROM）
有一种可编程序的 ROM ，在出厂时全部存储 “1”，用户可根据需要将某些单元改写为 “0”, 但是，只能改写一次，称为 PROM。
T7
T8 数 据 D 线
•Yj =1，T7 、T8 均导通，触发器 的输出与数据线 接通，该单元数 据可传送。
Yj (列选择线)
来自列地址译 码器的输出
（3）片选信号与读/写控制电路
• 当CS=1时，三态门均 为高阻态，I/O口与RAM内 部隔离。 •
R/ W
D Yi I/O
1
Yi
D T8
T7
2 & 4 3 & 5
D12 D13
D14
D15
2. 字数的扩展
字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入 端CS来实现。 假设某芯片的存储容量为： 8K ×8 （即8192字×8位）。 即该芯片 地址线共有： 13 根（ A12~A0 ） 数据线共有： 8根（D7~D0）
CS
R/ W
D7D0
8
8K8 位
13 A12A0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
18 17 16 15 14 13 12 11 10
VCC A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 R/W
RAM 2114 管脚图
RAM2114共有10根地址线，4根数据线。 故其容量为：1024字×4位（又称为1K ×4）
D1
a b c d e f g
D2 D3 D4 D5 D6 D7
1001 地址单元的 内容对应七段数 码9
ROM
…
…
ROM
m9
CS OE
这些单元不用
例 2 用ROM实现逻辑函数。
A1 A0
2/4 线 译 码 器
m0 m1 m2 m3
D0 D1 D2 D3
D0 A1 A0 A1 A0 A1 A0 D1 A1 A0 D2 A1 A0 D3 A1 A0 A1 A0
码器的输出
的通断
Xi (行选择线)
VDD VGG T3 T4 T6 T1 T2 T5
存储 单元
位 线
B
基本RS触发器
数 据 线 T7 T8
位 线 B
T1-T6构成一 个存储单元。T3、 T4为负载，T1、 T2为基本RS触发 器。 •Xi =0，T5、T6 截止，触发器与 位线隔离。
D
Yj (列选择线)
A5 A6 A7
32根行地址 选择线
Y0 A4 A3 A2 A1 A0 行 地 址 译 码 器 X0 X1
· · ·
列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
Y7
8根列地址 选择线
存储单元
X31
32 ×8 =256 个存储单元
···
若容量为256×4 的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0， 但其数据线有4根，每字4位。 32根行地 址选择线
• 210=1024=1K（字位）， • 220=1048576=1024K=1M（字位） • 例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的容量为 1K×4 。 • 4116型动态RAM的容量为16K×1 。 • 2716型EPROM的容量为2K×8 。
半导体存储器的主要性能指标
存储速度：通常用存取周期来描述。存取周期是 指从存储器开始存取第一个字到能够存取第二 个字为止所需的时间。
概述 7.1 只读存储器 7.2 随机存取存储器 7.3 可编程逻辑器件
概 述
存储器是一种能存储大量二值信息的半导体器件。
• 由于要求存储的数据量往往很大，因而不可能将每个存储单 元电路的输入和输出端象寄存器那样固定地引出。半导体存 储器采用了按地址存放数据的方法，只有那些被输入地址代 码指定的存储单元才能与输入/输出端接通，进行数据的读出 和写入。
固定ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和 输出缓冲器三部分组成。
字线
地 址 输 入
容量=字线×位线
地 址 译 码 器
存储矩阵
位线
控制信号输入
三态缓冲器
数据输出
二极管ROM—以4×4为例
译码器
任何时刻只有一根字线为高电平。
字线
00 Y0
存储 单元
1011
A1 A0
A1 A0 Y1 01
1110
Y2 10 11
地 址 译 码 器
存储矩阵
读/写
控制器
（1）地址译码器
译码 方式
单译码 ---n位地址构成 2n 条地址线。若n=10，则有1024条地址线 双译码 --- 将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码
其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择 的地址单元。
若给出地址A7-A =001 00001，将选中哪个存储单元读/写？ 例如：容量为256×10的存储器
13
8K8 位 A12A0(II) D7D0 CS R/W
13
74139 Y2
Y3
8
8K8 位 A12A0(III)
IV
Y3
11
A14 A13 A12A0
R/W
13
13
CS D7D0 R/W
8K8 位 A12A0 (IV)
8
8 D7D0
3. 字数、位数同时扩展
例3 用256×4的RAM扩展为1K×8位的RAM
a b c d e f g e f
a b g c
d
0000 地址单元的内容对应七段数码 0
A B C D
A0 A1 A2 A3
m0 1 1 1 1 1 1 0 m1 0 1 1 0 0 0 0 m2 1 1 0 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0
字线
若将熔丝烧断，该 单元则变成“0”。显 然，一旦烧断后不能 再恢复。
位 线
熔 断 丝
ROM的简单应用
（1） 用于存储固定的数据、表格
（2） 码制变换
（3） 用户程序的存贮
（4） 构成组合逻辑电路
例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。
D C B A