數字邏輯設計 課件 unit 13 可編程邏輯器件

Unit13ProgrammableLogicDevicesRead-OnlyMemoriesProgrammableLogicArraysProgrammableArraysLogicComplexProgrammableLogicDevicesField-ProgrammableGateArraysROMPROMEPROME2PROMRead-OnlyMemoriesProgrammableLogicDevices

Flash

EPROM新一代E2PROM存放字庫，數學用表可編程ROM采用熔絲工藝，只能編程一次。采用浮柵MOS管，編錯了可復原(紫外線照射)。電可擦除可編程，不需編程器和擦除器字（Word）——地址（Address）——即存儲單元每個單元（字）由若干個二進制位組成ROM

譯碼電路F4F3F2F1F0A1A0

n

位地址能尋址2n

個存儲單元（字）每個存儲單元存放

m

位（每個字m位長）存儲容量：

2n

×mm0m1m2m3ABVccF1F2F3F0m0m1m2m3++++DecoderMemoryarrayABVccF1F2F3F0m0m1m2m3++++DecoderMemoryarrayABF3F2F1F000m0=1(m1=0,m2=0,m3=0)001001m1=1(m0=0,m2=0,m3=0)010110m2=1(m0=0,m1=0,m3=0)110111m3=1(m0=0,m1=0,m2=0)1110F0=

m1+m2=

AB+ABF1=

m0+m3=

AB+ABF2=

m1+m2+m3=

AB+AB+ABF3=

m2+m3=

AB+ABROM——

存放真值表ABF0F1F2F3m0m1m2m3ROM

ROM

X(or

)：indicatesthattheswitchingelementispresentandconnected1.將函數表達式描述成最小項之和∑mi的形式2.畫出全譯碼的與陣3.若∑中包含mi，則或陣中，在輸出線與第mi條字線的交點處畫一個·利用ROM設計組合邏輯函數的通用方法Applications——設計組合邏輯電路ROM

ABCF1F2000001010011100101110111++Applications——設計組合邏輯電路

F1＝∑（3，4，6，7）,F2＝∑（0，2，3，4，7）

1.將函數表達式描述成最小項之和∑mi的形式2.畫出全譯碼的與陣3.若∑中包含mi，則或陣中，在輸出線與第mi條字線的交點處畫一個·方法2.PROM（programmableROM）VccFM出廠時，產品的熔絲都是通的，即存儲單元為全“1”若使某些存儲單元改寫為“0”，用大電流將熔絲燒斷，只能改寫一次PROM

PROM器件可用來存放監(jiān)控程序和數學函數表、字符發(fā)生器等Applications——1.碼制轉換·轉換前的

n-bitcode

AddressofPROM·轉換后的m-bitcode

storedinPROM

·轉換：按地址讀取存儲單元的內容PROM

PROM——存放真值表例：設計一個碼制轉換器，將輸入的4位二進制數轉換為格雷碼每一組輸入對應PROM的一個存儲單元的地址每一組輸出對應PROM的一個存儲單元中的存放內容將待設計組合邏輯函數表示成最小項之和的形式F=∑mi畫出全譯碼的與門陣列若組合邏輯函數表達式中包含某最小項mi，則陣列輸出線與mi號字線交點處打X方法G3

=

∑(8,9,10,11,12,13,14,15)G2=∑（4,5,6,7,8,9,10,11)G1=∑（2,3,4,5,10,11,12,13）G0=∑（1,2,5,6,9,10,13,14）B2m0m1m2m3m4m5m6m7m8m9m10m11m12m13m14m15G3G0G1G2B3B0B1××××××××××××××××××××××××××××××××PROM

Example將字符點陣存放在PROM中逐行讀取字符點陣，并送往顯示器件specificationstandards：

9×7，7×7，7×5，8×5Applications——

3.字符發(fā)生器（CharacterGenerator）

PROM

Examplem0m1m2m3m4m5m6F0F3F2F1Q2Q1Q0F4▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉▉F0F3F2F1F4Q2Q1Q0F4F3F2F1F000000101001110010111011111100001000011110100001000011111CharacterGenerator……7×5點陣ROMA2A1A0F0F1F2F300000101001110010111011100000111

011100100111001100101110ProgrammableLogicArrays

沒有充分利用半導體材料的面積，限制了使用的靈活性。1.沒有使用的最小項也占有存儲單元2.相同的內容，占用多個存儲單元ROM的缺點m0

…………….

m7

A2A1A0F0F3F2F1ProgrammableLogicArrays

PLA產生的思想——將內容相同的存儲單元用一個存儲單元來代替（讓幾個地址碼讀出同一存儲單元的內容）可編程邏輯陣列（PLA）的特點：與陣和或陣都可編程，每個字線不一定是完全最小項，且字數少于2n

。地址和字之間沒有一一對應關系，因此一個地址可同時訪問兩個或兩個以上的字。如：ABCD和AD都可以用地址1011讀出ProgrammableLogicArrays

3.必須對表達式化簡，即存儲矩陣中是化簡壓縮的內容，與真值表不再有一一對應關系。4.FPLA（現場可編程邏輯陣列）包含記憶元件（觸發(fā)器網絡）5.FPLA既能實現組合邏輯又能實現時序邏輯PLA

將內容相同的存儲單元用一個存儲單元來代替（讓幾個地址碼讀出相同的內容）PLA產生的思想輸入地址000和001，讀出的內容都是：1010例1：利用PLA設計組合邏輯函數

F(ABCD)=∑(0,2,3,4,5,11,13,14,15)PLA:需要5個存儲單元PROM:需要9個存儲單元Example010011100011110100

01

11

1000011110A

BCDPLA及其應用

化簡待設計組合邏輯函數為最簡與或式。若最簡表達式中包含某與項，則畫出該與項對應的字線，并在或陣列輸出線與該字線交點處打X方法F=ACD+BCD+ABC+ABC+ACDFABCD××××××××××××××××××××A2A1A0D0D1D2ORarrayFixedANDarrayprogrammablePALProgrammableArraysLogic與陣：可編程

或陣：fixed需要化簡表達式Andarray

OrarrayABCY1Y2ProgrammableArraysLogicExampleGAL（通用陣列邏輯）典型芯片：GAL16V8輸出邏輯宏A0A1A2××××××××××××××××××××××××××××××××××××OLMCOLMCOLMC與陣列或陣列與陣：可編程

或陣：fixed輸出邏輯宏：可編程有上電擦除位可改寫的次數超過100次具有加密的功能可編程與陣列（32X64位）8個反饋/輸入緩沖器8個三態(tài)輸出緩沖器12~198個輸出邏輯宏單元OLMC8個輸入緩沖器2~9輸出使能緩沖器GAL16V8邏輯圖時鐘輸入OLMC內部結構GAL（通用陣列邏輯）1.XilinxXCR3064XLCPLD的內部結構可編程的I/O可編程的邏輯陣列（宏單元）可編程的內部互聯資源CPLD2.XilinxCoolRunner-II的內部結構每塊芯片只分成幾塊內部邏輯塊（數十個輸入端和一、二十個輸出端)乘積項的數量標志了CPLD的容量CPLD(復雜可編程邏輯門陣列)CoolRunner-II的宏單元Programmable

IOBFPGA（現場可編程邏輯門陣列）ProgrammableConfigurableLogicBlocks可編程的邏輯塊CLB可編程的I/O模塊可編程的內部互聯資源FPGAProgrammableInterconnection基于查找表技術的FPGA（LUT：Look-Uptable）基于反熔絲技術的FPGAFPGA分類

目前應用最多RossFreemanXilinxVirtex/SpartanIICLBFPGA（現場可編程邏輯門陣列）簡化的CLBImplementationofLUTFPGA（現場可編程邏輯門陣列）每個LUT可以實現一個4輸入、1輸出的組合邏輯函數EDA軟件空白PLD數字系統編程計算機1.原理框圖的設計2.設計輸入3.邏輯綜合4.仿真5.下載到PLD芯片，調試驗證6.發(fā)現錯誤，在計算機上修改設計，重復上述過程。FPGA設計流程按功能模塊劃分的系統框圖不涉及具體實現原理框圖設計兩種方式：邏輯圖輸入方式HDL輸入方式明確各個模塊之間的關系，確定輸入和輸出。邏輯圖輸入方式1.原理框圖的設計2.設計輸入3.邏輯綜合4.仿真5.下載到PLD芯片，調試驗證6.發(fā)現錯誤，在計算機上修改設計，重復上述過程。FPGA設計流程FPGA設計流程ENTITYincoderISPORT(G,a,b:INSTD_LOGIC;Y:OUTstd_logic_vector(3downto0));ENDincoder;ARCHITECTUREbhv1OFincoderISsignalinab:std_logic_vector(1downto0);BEGINinab<=b&a;PROCESS(inab,G)BEGINIFG<=‘0’THEN

CASEinabISWHEN“00”=>Y<=“1110”;WHEN“01”=>Y<=“1101”;WHEN“