可編程通用邏輯器件(GAL)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯可編程通用邏輯器件(GAL) 可編程通用規(guī)律器件GAL器件是在PAL器件基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的PLD器件，它繼承了PAL器件的與或陣列結(jié)構(gòu)，但在結(jié)構(gòu)和工藝上作了很大改進(jìn)。GAL采納了電可擦除CMOS( ECMOS)工藝，具有低功耗、電擦除可反復(fù)編程、速度快的特點(diǎn)，它徹底排解了PAL一次編程定終身給用戶使用的敏捷性帶來(lái)的極大限制，也不象PROM那樣需用紫外線擦除。而且GAL采納了先進(jìn)的可編程輸出規(guī)律宏單元OLMC結(jié)構(gòu)。通過(guò)編程可將OLMC設(shè)置成不同的工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)變了PAL對(duì)不同功能的規(guī)律電路需選用不同PAL型號(hào)的缺點(diǎn)，從而增加了器件的通用性。另外，GAL還具有獨(dú)特的

2、加密單元防止了對(duì)芯片內(nèi)部規(guī)律功能的非法抄襲。 GAL按可編程結(jié)構(gòu)可分為兩大類：第一類陣列結(jié)構(gòu)與PAL完全兼容，即與陣列可編程，或陣列固定，并且又增加了獨(dú)特的“輸出規(guī)律宏單元”結(jié)構(gòu)，這類器件如GAL16V8、GAL20V8。其次類是與陣列和或陣列均可編程，這類器件也具有輸出規(guī)律宏單元結(jié)構(gòu)，如GAL39V8。但由于GAL39V8費(fèi)用高，故使用較多的是GAL16V8、GAL20V8。 1. GAL的基本結(jié)構(gòu) 以常見(jiàn)的GAL16V8為例，介紹GAL器件的結(jié)構(gòu)形式和工作原理。圖1為GAL16V8的規(guī)律電路圖。它由一個(gè)32×64位的可編程與規(guī)律陣列，8個(gè)OLMC，10個(gè)輸入緩沖器、8個(gè)三態(tài)輸出緩

3、沖器和個(gè)反饋輸入緩沖器等電路組成。 GAL16V8的每個(gè)輸入正負(fù)信號(hào)和對(duì)應(yīng)的反饋正負(fù)信號(hào)四列構(gòu)成一個(gè)組，共8行輸入32列。對(duì)每個(gè)OLMC有8個(gè)與門(mén)輸入，共計(jì)64項(xiàng)。通過(guò)這樣一個(gè)矩陣就可以把任何一個(gè)輸入信號(hào)連同它的極性連接到要輸出的任何一個(gè)與門(mén)上。與規(guī)律陣列的每個(gè)交叉點(diǎn)設(shè)有ECMOS編程單元，其可編程的與陣列總碼點(diǎn)數(shù)為2048個(gè)ECMOS單元(64個(gè)乘積項(xiàng)和每個(gè)乘積項(xiàng)為32個(gè)輸入端組成)，對(duì)GAL的編程就是對(duì)這個(gè)與陣列的ECMOS編程單元進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入，實(shí)現(xiàn)相關(guān)點(diǎn)的編程連接，得到所需的規(guī)律函數(shù)。 圖1 GAL16V8的規(guī)律結(jié)構(gòu)圖 在GAL16V8中 ，引腳 29作固定輸入，引腳15、16作固定輸出

4、。而引腳12、13、14、17、18、19由三態(tài)門(mén)掌握，即可以做輸入端又可以作輸出端。第腳是特地用于CK的時(shí)鐘輸入端，第11腳是三態(tài)選通信號(hào)端OE，在組合電路中這兩個(gè)引腳都可作為信號(hào)輸入端。因此 ，這類芯片最多有16個(gè)輸入腳 ，輸出腳最多有8個(gè)，這也正是芯片型號(hào)中兩個(gè)數(shù)字的含義。 GAL器件沒(méi)有獨(dú)立的或陣列結(jié)構(gòu)，而是將各個(gè)或門(mén)放在各自輸出規(guī)律宏單元OLMC中。 2. 輸出規(guī)律宏單元（OLMC） 輸出規(guī)律宏單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由一個(gè)或門(mén)、個(gè)D觸發(fā)器和個(gè)數(shù)據(jù)選擇器及些門(mén)電路組成的掌握電路。 OLMC的前級(jí)來(lái)自與陣列輸出。在或門(mén)的輸出端能產(chǎn)生不超過(guò)項(xiàng)的與或規(guī)律函數(shù)。圖中的異或門(mén)用于掌握輸出信號(hào)的

5、極性，XOR(n) 對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)掌握字中的位，n為各個(gè)OLMC的輸出引腳號(hào)。當(dāng)XOR(n)端為“”時(shí)，異或門(mén)起反相器的作用，使輸出信號(hào)高電平有效。否則XOR(n)端為“0”時(shí)，使輸出信號(hào)低電平有效。D觸發(fā)器對(duì)異或門(mén)輸出狀態(tài)作記憶作用，使GAL適用于時(shí)序規(guī)律電路。 每個(gè)OLMC有4個(gè)多路選擇器：與與陣相連的積項(xiàng)多路選擇開(kāi)關(guān)PTMUX在ACn和ACl(n)掌握下選擇輸入積項(xiàng)或“地”作為或門(mén)的輸入。TSMUX用是選擇輸出三態(tài)緩沖器的選通信號(hào)開(kāi)關(guān)，它由AG和ACi(n)掌握，從VCC、OE、地和積項(xiàng)輸入中選擇允許輸出的掌握信號(hào)。FMUX打算反饋信號(hào)的來(lái)源，由AC0、AC1(n)和AC1(m)掌握，其中n

6、為對(duì)應(yīng)的OLMC的輸出引腳，而代表與n相鄰一位，即n+1和n-1。當(dāng)FMUX輸入端為“00”時(shí)，即把零電平反饋到與陣。當(dāng)輸入為“01”時(shí)，把鄰單元輸出作為輸入反饋到與陣。當(dāng)輸入端為“10”時(shí)，把D觸發(fā)器的輸出Q反饋到與陣。當(dāng)輸入端為“l(fā)l”時(shí)，把宏單元輸出反饋到與陣。OMUX則用于選擇輸出信號(hào)是組合的還是寄存的，它由AC0和AC1(n)選擇OLMC輸出是組合還是寄存器狀態(tài)。當(dāng)異或輸出為“0”時(shí)是組合輸出，異或輸出為“l(fā)”時(shí)是寄存器輸出。 圖2 OLMC 的結(jié)構(gòu)框圖 3. GAL的結(jié)構(gòu)掌握字 我們知道，這些多路選擇器的不同輸出得到不同的工作狀態(tài)，而多路選擇器的輸出又取決于結(jié)構(gòu)掌握字AC0，AC1

7、（n）、XOR(n)和SYN。GAL16V8的結(jié)構(gòu)掌握字如圖所示。結(jié)構(gòu)掌握字共82位，XOR(n)和AC1(n), AC1(m)每路輸出一位， AC0只有一個(gè)，為各路所公有。AC0、AC1(n) 和AC1(m)均為結(jié)構(gòu)掌握位，打算4個(gè)多路選擇器輸出的狀態(tài)。SYN為同步位，它打算GAL是純粹組合型輸出(當(dāng)SYN時(shí))，還是具有寄存器型輸出力量(當(dāng)SYN時(shí))。結(jié)構(gòu)掌握字中還有64位乘積項(xiàng)禁止位，分別掌握64個(gè)乘積項(xiàng)（PT0PT63）屏蔽某些不用的乘積項(xiàng)。 GAL結(jié)構(gòu)掌握字打算了的GAL的各種編程工作模式。不同的結(jié)構(gòu)掌握字對(duì)應(yīng)相應(yīng)的編工作模式。 圖3 GAL16V8的結(jié)構(gòu)掌握字 GAL的開(kāi)發(fā)需要特定的開(kāi)發(fā)軟件和硬件編程器。一般狀況下，首先在GAL的開(kāi)發(fā)軟件中，使用者應(yīng)用某種編程語(yǔ)言編制描述其規(guī)