第3部分+CPLD_FPGA结构原理

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1、主讲：罗韩君主讲：罗韩君邮箱：手机：158956151822016-2017学年第二学期电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 2 2 页页时序电路组合电路数字电路组合电路组合电路:在逻辑上总是当前输入状态的函数；在逻辑上总是当前输入状态的函数；时序电路时序电路:其输出是当前系统状态与当前输入状态的其输出是当前系统状态与当前输入状态的函数函数,它含有存储单元它含有存储单元. 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 3 3 页页主要内容主要内容一、一、 PLD 概述概述二、二、 简单简单PLD结构原理结构原理三、三、 CPLD

2、 结构原理结构原理四、四、 FPGA的结构原理的结构原理五、五、 硬件测试硬件测试六、六、 CPLD/FPGA的编程和配置的编程和配置 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 4 4 页页输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入输出 基本基本PLD器件的原理结构图器件的原理结构图1、基本概念、基本概念一、PLD概述 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（Programmable Logic Device）简）简称称PLD，是由，是由“与与”阵列阵列和和“或或”阵列阵列组成，能有效组成，能有效的以的以“积之和积之和”的形式实现布尔逻辑函数。的形式实现布尔逻辑函数。 常熟理工学院电气与自动

3、化工程学院EDA 电子教案第第 5 5 页页2、 PLD的发展历程的发展历程70年代年代80年代年代90年代年代PROM 和和PLA 器件器件改进的改进的 PLA 器件器件GAL器件器件FPGA器件器件EPLD 器件器件CPLD器件器件内嵌复杂内嵌复杂功能模块功能模块的的SoPC 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 6 6 页页3 3、PLDPLD的分类的分类基本类型基本类型. 可编程可编程只读存储器只读存储器PROM. 可编程可编程逻辑阵列逻辑阵列PLA. 可编程可编程阵列逻辑阵列逻辑PAL. 通用阵列逻辑通用阵列逻辑GALCPLD/FPGA复杂类型复杂类型 可编程逻辑器件

4、（PLD） 简单 PLD 复杂 PLD PROM PAL PLA GAL CPLD FPGA 按集成度按集成度(PLD)分类分类 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 7 7 页页 可编程逻辑器件从可编程逻辑器件从结构上区分结构上区分,可分为可分为乘积项结构器件乘积项结构器件和和查找表结构器件查找表结构器件. 可编程逻辑器件从可编程逻辑器件从编程工艺编程工艺上划分上划分,可分为一次性可可分为一次性可编程器件编程器件(OTP)器件和多次性可编程器件器件器件和多次性可编程器件器件. 一次性可编程器件一次性可编程器件(OTP)器件器件又分为熔丝型器件又分为熔丝型器件(如如早期的早期的

5、PROM)和反熔丝型器件和反熔丝型器件(如如Actel公司的公司的FPGA器件器件) 多次性可编程器件器件多次性可编程器件器件又分为紫外线擦除电可编程又分为紫外线擦除电可编程器件器件(EPROM),电可擦写编程器件电可擦写编程器件(EEPROM),SROM查找查找表结构器件和表结构器件和Flash型器件型器件. 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 8 8 页页1、 逻辑元件符号表示逻辑元件符号表示 二、简单PLD结构原理 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 9 9 页页 PLD的互补缓冲器的互补缓冲器 PLD的互补输入的互补输入 PLD中与阵列表示中与阵列表

6、示 PLD中或阵列的表示中或阵列的表示 阵列线连接表示阵列线连接表示 2、逻辑元件符号表示、逻辑元件符号表示 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1010 页页地 址译 码 器存 储 单 元阵 列0A1A1nA0W1W1pW0F1F1mFnp2PROM基本结构：基本结构：0111201110110.AAAWAAAWAAAWnnnn其逻辑函数是：其逻辑函数是：3、可编程只读存储器、可编程只读存储器PROM结构原理结构原理 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1111 页页PROM的逻辑阵列结构的逻辑阵列结构与阵列（不可编程）或阵列（可编程）0A1A1nA0W1

7、W1pW0F1F1mFnp201,011, 111, 1101 ,011 , 111 , 1100,010, 110, 10WMWMWMFWMWMWMFWMWMWMFmmpmpmpppp逻辑函数表示：逻辑函数表示： 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1212 页页PROM表达的表达的PLD图阵列图阵列与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F用用PROM完成半加器逻辑阵列完成半加器逻辑阵列与 阵 列 （ 固 定 ）或 阵 列（ 可 编 程 ）0A1A1A1A0A0A1F0F 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1313 页页PROM内部

8、结构为内部结构为“与与”阵列固定，阵列固定，“或或”阵列可编程。阵列可编程。2N输入组合输入组合查表输出查表输出 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1414 页页PLA逻辑阵逻辑阵列示意图列示意图与阵列（可编程）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F4、可编程逻辑阵列、可编程逻辑阵列PLA结构原理结构原理 PLA内部结构为内部结构为“与与”、“或或”阵列皆可编程阵列皆可编程。2N乘积线乘积线编程编程输出输出 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1515 页页 PLA与与 PROM的比较：的比较： 0A1A1F0F2A2F0A1A1F0F2A2FP

9、LA与或阵与或阵列皆可编程列皆可编程PROM与阵列固定与阵列固定，或阵列可编程，或阵列可编程 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1616 页页0A1A1F0F0A1A1F0FPAL结构：结构：PAL的常用表示：的常用表示：5、可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PAL结构原理结构原理 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1717 页页CPLD技术及应用技术及应用教学课件教学课件 PAL内部结构为内部结构为“与与”阵列可编程，阵列可编程，“或或”阵列固定阵列固定。2N乘积线乘积线输出组合输出组合 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1818 页页2

10、.2.4 PAL结构原理结构原理 PAL16V8的部分结构图的部分结构图 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 1919 页页应用实例应用实例给出逻辑方程如下：给出逻辑方程如下：Q0=I0 + NOT（I1） I2Q1=NOT（I0） I2 +NOT（I1）I2Q2=NOT（I0） I1 +NOT（I1）I2 +NOT（I2）I0思考：如何实现？思考：如何实现？答案：此款芯片不能满足答案：此款芯片不能满足Q2设计需要？设计需要？I2I1I0Q0Q1Q2 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 2020 页页6、通用阵列逻辑通用阵列逻辑GALGAL器件与器件与PAL

11、器件具有相同的内部结构，但靠器件具有相同的内部结构，但靠各种特性组合而被区别。各种特性组合而被区别。GAL是美国是美国晶格半导体晶格半导体公司（公司（Lattice）为它的）为它的可编程逻辑器件注册的专用商标名称。可编程逻辑器件注册的专用商标名称。输出逻辑宏单元输出逻辑宏单元OLMC（Output Logic Macro Cell） 常熟理工学院电气与自动化工程学院EDA 电子教案第第 2121 页页输出逻辑宏单元输出逻辑宏单元OLMC（Output Logic Macro Cell）一般逻辑器件一般逻辑器件举例：举例：GAL16V8GAL器件器件作为一种通用的可编程逻辑作为一种通用的可编程逻