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第第6章章可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD:Programmable Logic Device1 PLDPLD是是厂厂家家作作为为一一种种通通用用型型器器件件生生产产的的半半定定制制电电路路，用用户户可可以以利利用用软软、硬硬件件开开发发工工具具对对器器件件进进行行设设计和编程，使之实现所需要的逻辑功能计和编程，使之实现所需要的逻辑功能6.1 PLD概述概述nPLD内部包含有内部包含有丰富的逻辑部件丰富的逻辑部件（如各种门电路、开关、（如各种门电路、开关、触发器等）和连线，各逻辑部件相互不连接或局部连接触发器等）和连线，各逻辑部件相互不连接或局部连接n用户可通过配置器件内部逻辑部件的互连关系、分配用户可通过配置器件内部逻辑部件的互连关系、分配PLD管脚的用途，即所谓的管脚的用途，即所谓的编程编程，实现多种逻辑功能实现多种逻辑功能n同一种同一种PLD器件，其内部逻辑部件的互连关系不同、引脚器件，其内部逻辑部件的互连关系不同、引脚的分配方案不同，实现的逻辑功能也不同，给使用者带来的分配方案不同，实现的逻辑功能也不同，给使用者带来了极大的方便了极大的方便 2开发过程开发过程 Design EntryCompile SimulationProgramming(Download)PLD的开发流程示意图的开发流程示意图 3三、多路选择器三、多路选择器 6.1.1 PLD的表示方法的表示方法 一、输入缓冲电路一、输入缓冲电路 二、门电路及导线连接表示二、门电路及导线连接表示 6.1 PLD概述概述41AAA连接方式表示连接方式表示PLD输入缓冲电路输入缓冲电路 5PLD中的与门、或门表示中的与门、或门表示6PLD中的中的多路选择器多路选择器00011011ABCDC0FC176.1.2 可编程功能的实现可编程功能的实现6.1 PLD概述概述86.1.3 PLD的制造工艺的制造工艺6.1 PLD概述概述基于基于FLASH技术的技术的PLD紫外线可擦除的紫外线可擦除的PLD电可擦除的电可擦除的PLD基于基于SRAM技术的技术的PLD基于熔丝基于熔丝/反熔丝基数的反熔丝基数的PLD基于掩模技术的基于掩模技术的PLD96.1.4 PLD的分类的分类6.1 PLD概述概述一、一、PLD的集成度分类的集成度分类 可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD低低密度可编程逻密度可编程逻辑器件辑器件LDPLD高高密度可编程逻密度可编程逻辑器件辑器件HDPLDPROM PLAPALGALCPLDFPGA101.1.低密度可编程逻辑器件低密度可编程逻辑器件(LDPLD:(LDPLD:Low-Density Low-Density PLDPLD)(1)PROM(Programmable ROM)与阵列固定，或阵列可编程。

与阵列固定，或阵列可编程2)PLA(Programmable Logic Array)与阵列、或阵列都可编程与阵列、或阵列都可编程3)PAL(Programmable Array Logic)与阵列可编程，或阵列固定与阵列可编程，或阵列固定4)GAL(Generic Array Logic)大部分与阵列可编程，或阵列固定大部分与阵列可编程，或阵列固定11LDPLD的分类与结构的分类与结构名称名称与与阵列列或或阵列列输出部分出部分PROM固定固定可可编程程固定固定PLA可可编程程可可编程程固定固定PAL可可编程程固定固定固定固定GAL可可编程程固定固定可配置可配置122.2.高密度可编程逻辑器件高密度可编程逻辑器件(HDPLD:(HDPLD:High-Density PLDHigh-Density PLD)(1)CPLD(Complex PLD)20世纪世纪 80年代中20世纪世纪 80年代中2)FPGA(Field Programmable Gate Array)136.1.4 PLD的分类的分类6.1 PLD概述概述一、一、PLD的集成度分类的集成度分类 二、二、PLD的制造工艺分类的制造工艺分类 三、三、按编程方法按编程方法分类分类 14PLDPLD的基本结构的基本结构 一、一、PLDPLD实现各种逻辑功能的依据实现各种逻辑功能的依据 二、传统二、传统PLDPLD的总体结构的总体结构 图图 传统传统PLD的总体结构的总体结构 输出输出电路电路输入输入电路电路与与阵列阵列或或阵列阵列外部外部数据数据输入输入数据数据输出输出输入项输入项乘积项乘积项和项和项反馈反馈6.1 PLD概述概述15一、基本结构一、基本结构：地址译码器、存储单元地址译码器、存储单元矩阵矩阵、输出电路、输出电路 存存1，字线，字线W和位线和位线b间接二极管；间接二极管；存存0，字线，字线W和位线和位线b间不接二极管。

间不接二极管二、工作原理二、工作原理 6.2 可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROM）6.2.1 PROM的结构和功能的结构和功能16逻辑关系：逻辑关系：译码器部分的输出变量和输入变量（包括原译码器部分的输出变量和输入变量（包括原 变量和反变量）构成变量和反变量）构成“与与”的关系存储矩阵和输出电路部分的输出变量和存储存储矩阵和输出电路部分的输出变量和存储 矩阵的输入变量构成矩阵的输入变量构成“或或”的关系译码器部分的输出变量和输入变量（包括原译码器部分的输出变量和输入变量（包括原 变量和反变量）构成变量和反变量）构成“与与”的关系二、工作原理二、工作原理 6.2 可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROM）6.2.1 PROM的结构和功能的结构和功能172.实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数 例例9.1.1 试用试用ROM实现如下组合逻辑函数实现如下组合逻辑函数首先应将以上两个逻辑函数化成由最小项首先应将以上两个逻辑函数化成由最小项组成的标准组成的标准“与与-或或”式式,即即解解:6.2 可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROM）6.2.2 ROM的应用的应用182.实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数 例例9.1.1 试用试用ROM实现如下组合逻辑函数。

实现如下组合逻辑函数解解:6.2 可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROM）6.2.2 ROM的应用的应用采用有采用有3位地址码、位地址码、2位数据输出的位数据输出的8字节字节2位位ROM将A、B、C3个变量分别接至地址个变量分别接至地址输入端输入端A2A1A0按逻辑函数要求存入相应数按逻辑函数要求存入相应数据据,即可在数据输出端即可在数据输出端D0、D1得到得到F1和和F2,其其19ROM 阵列如图所示阵列如图所示111(D1)(D0)F2F1ABC20图图6.3.1&16.3 可编程逻辑阵列（可编程逻辑阵列（PLA）6.3.1 PLA的结构与应用的结构与应用与与阵阵列列可可编编程程与与阵阵列列可可编编程程21PLA应用举例应用举例 例例 用用PLA器件实现函数器件实现函数 解解：用：用PLA器件实现，需器件实现，需3个输入端，个输入端，2个输出端个输出端用卡诺图法化简，得出用卡诺图法化简，得出F1、F2的最简与或式：的最简与或式：相应的实现电路如图所示相应的实现电路如图所示22图图 用用PLA实现组合函数的设计实现组合函数的设计&123除了具有与阵列和或阵列以外，还有输出和除了具有与阵列和或阵列以外，还有输出和反馈电路：反馈电路：n专用输出结构专用输出结构n可编程输入可编程输入/输出结构输出结构n寄存器输出结构寄存器输出结构n异或输出结构异或输出结构6.3 可编程逻辑阵列（可编程逻辑阵列（PLA）6.3.2 PAL的结构与应用的结构与应用24例例1：用：用PAL设计一个带使能端（低电平有效）设计一个带使能端（低电平有效）的的2/4线译码器，输出低电平有效。

线译码器，输出低电平有效解：使能输入：解：使能输入：EN；译码地址输入：译码地址输入：A1和和A0；输出为：输出为：Y0,Y1,Y2,Y3由真值表可知：由真值表可知：Y0=A1 A0,Y1=A1A0,Y2=A1 A0,Y3=A1A0,最好选用低电平输出有效的专用输出结构或可编程最好选用低电平输出有效的专用输出结构或可编程I/O型型PAL由要求有使能输出，应选用带有三态输出的由要求有使能输出，应选用带有三态输出的PAL器件选用器件选用PAL16L8器件实现的简化示意如图：器件实现的简化示意如图：25 11 EN 1 1 EN 1 1 EN 1 1 EN 1 1 1ENA0A1Y0Y1Y2Y3例例1实现电路图实现电路图26PALPAL的优点：的优点：提提高高了了功功能能密密度度，节节省省了了空空间间通通常常一一片片PALPAL可可以以代代替替4 41212片片SSISSI或或2 24 4片片MSIMSI同同时时，虽虽然然PALPAL只只有有2020多多种种型型号号，但但可可以以代代替替9090的的通通用用器器件件，因因而进行系统设计时，可以大大减少器件的种类而进行系统设计时，可以大大减少器件的种类。

提提高高了了设设计计的的灵灵活活性性，且且编编程程和和使使用用都都比比较较方便有有上上电电复复位位功功能能和和加加密密功功能能，可可以以防防止止非非法法复制27n2020世纪世纪8080年代初，美国年代初，美国LatticeLattice半导体公司研制半导体公司研制nGALGAL的结构特点：输出端有一个组态可编程的输出的结构特点：输出端有一个组态可编程的输出逻辑宏单元逻辑宏单元OLMCOLMC，通过编程可以将，通过编程可以将GALGAL设置成不同设置成不同的输出方式这样，具有相同输入单元的的输出方式这样，具有相同输入单元的GALGAL可以可以实现实现PALPAL器件所有的输出电路工作模式，故而称之器件所有的输出电路工作模式，故而称之为通用可编程逻辑器件为通用可编程逻辑器件nGALGAL与与PALPAL的区别：的区别：PALPAL是是PROMPROM熔丝工艺，为一次熔丝工艺，为一次编程器件，而编程器件，而GALGAL是是E E2 2 PROM PROM工艺，可重复编程；工艺，可重复编程；PAL的输出是固定的，而的输出是固定的，而GAL用一个可编程的输出用一个可编程的输出逻辑宏单元（逻辑宏单元（OLMC）做为输出电路。

做为输出电路GAL比比PAL更灵活，功能更强，应用更方便，几乎能替代所有更灵活，功能更强，应用更方便，几乎能替代所有的的PAL器件6.4 通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GAL）286.4 通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GAL）GAL是是低低密密度度PLD，因因此此，它它的的结结构构和和前前述述的的低低密密度度PLD类类似似如如GAL16V8，GAL20V8等等但但是是GAL的的输输出出电电路路更更为为复复杂杂，灵灵活活性性大大，不不需需要要用用户户来选择芯片来选择芯片29一、一、GAL16V8总体结构总体结构8个输入缓冲器（引脚个输入缓冲器（引脚29）；8个输出缓冲个输出缓冲反相反相器（引脚器（引脚1219）；8个个输输出出反反馈馈/输输入入缓缓冲冲器器（既既可可做做输输入入也也可可做做输出），因此为输出），因此为16V8；1个时钟输入缓冲器；个时钟输入缓冲器；1个选通信号输入个选通信号输入反相反相器；器；20个引脚的器件；个引脚的器件；30 基本包含三种结构：基本包含三种结构：CPLDCPLD是阵列型高密度可编程控制器，其基本结构是阵列型高密度可编程控制器，其基本结构形式和形式和PALPAL、GALGAL相似，都由可编程的与阵列、固定的相似，都由可编程的与阵列、固定的或阵列和逻辑宏单元组成，但集成规模都比或阵列和逻辑宏单元组成，但集成规模都比PALPAL和和GALGAL大得多。

大得多逻辑阵列块（逻辑阵列块（LABLAB）可编程可编程I/OI/O单元单元可编程连线阵列（可编程连线阵列（PIAPIA）6.5 复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件（CPLD）31CPL。