知識資料第二十五章可編程邏輯器件PLD器件及第二十六章變壓器(一)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第25章可編程邏輯器件PLD器件25.1PLD的符號表示可編程邏輯器件（ProgrammableLogicDevice，簡稱PLD）：能夠簡化設計過程、降低系統(tǒng)體積、節(jié)約成本、提高可靠性、縮短研發(fā)周期、各個廠家可以提供、具有一定連線和封裝好的具有一定功能的標準電路。用戶可以按照需要自己使用某種編程技術舉行內部電路結構的銜接，實現(xiàn)用戶既是設計者也是使用者的改變。PLD電路分為四部分：輸入緩沖電路、與陣列、或陣列、輸出緩沖電路因為PLD內部陣列的銜接規(guī)模十分龐大，用傳統(tǒng)的邏輯電路圖很難描述，所以在以后的各節(jié)里采用了中所示的簡化畫法，這也是目前國際、國內通用的畫法。25.2PLD種類簡介可編程邏輯陣列（ProgrammableLogicArray，簡稱PLA）可編程陣列邏輯（ProgrammableArrayLogic，簡稱PAL）通用陣列邏輯（GenericArrayLogic，簡稱GAL）。表各種PLD陣列編程狀態(tài)表類型與陣列或陣列HYPERLINKPROM固定可編程HYPERLINKPLA可編程可編程HYPERLINKPAL可編程固定HYPERLINKGAL可編程固定PROM與陣列固定、或陣列可編程。與陣列有n個輸入時，會有2n個輸出，利用率不經濟。所以，PROM更多情況下用做只讀存儲器。PLA與陣列、或陣列均可編程。但因為缺少編程工具，使用不廣泛。PAL與陣列可編程、或陣列固定。它采用熔斷絲雙極型工藝，可舉行一次編程。具有工作速度快、開辟系統(tǒng)完美等優(yōu)點，仍有部分使用。GAL與陣列可編程、或陣列固定。但輸出電路采用邏輯宏單元，用戶可對輸出自行組態(tài)。GAL采用EEPROM的浮柵技術實現(xiàn)電擦除功能，使用方便，現(xiàn)在仍有許多設計者使用。25.2.4復雜可編程邏輯器件（CPLD）CPLD發(fā)展歷史：隨著半導體工藝的不斷發(fā)展，用戶對器件集成度的要求也在不斷提高，原有的PLD已經不能滿意要求。AMD公司最早生產的帶有宏單元的PAL22V10成為區(qū)別PLD的界限：若可編程邏輯器件包含的門數(shù)大于PAL22V10包含的門數(shù)，就可以認為是復雜PLD。1985年，美國Altera公司在EPROM和GAL器件的基礎上，推出了可擦除可編程邏輯器件（ErsaableProgrammableLogicDevice，簡稱EPLD），其結構與PAL、GAL器件類似，但集成度比GAL器件高的多。隨之各公司紛紛推出自己的EPLD產品，并形成系列。普通來說，EPLD可以包括GAL、EEPROM、FPGA、ispLSI、ispEPLD等器件。隨器件密度的增大，本來的EPLD產品已經稱為CPLD。將集成度達到某一要求的PLD產品都稱為CPLD。CPLD構成原理：由可編程邏輯的功能塊圍繞位于中央的可編程互連矩陣構成，使用金屬線實現(xiàn)邏輯單元之間的銜接，可編程邏輯單元類似于PAL的與陣列，采用可編程的與陣列和固定的或陣列結構。再加上分享的可編程與陣列，將多個宏單元銜接起來，增強了I/O控制模塊的數(shù)量與功能。CPLD的基本結構：（1）HYPERLINK可編程邏輯宏單元（2）HYPERLINK可編程I/O控制模塊（3）HYPERLINK可編程內部連線三部分組成（1）可編程邏輯宏單元可編程邏輯宏單元（LogicMacroCell，簡稱LMC）主要包括與陣列、或陣列、多路數(shù)據(jù)挑選器和可編程觸發(fā)器，可自立挑選組合或時序工作方式。CPLD器件與GAL器件類似，其邏輯宏單元也是采用OLMC、即輸出邏輯宏單元，但它的宏單元數(shù)量與與陣列數(shù)量比GAL大的多。邏輯宏單元具有密度高、乘積項分享結構、多觸發(fā)器、異步時鐘等特點。（2）可編程I/O單元CPLD的I/O單元（Input/OutputCell，簡稱IOC），是內部信號與I/O引腳之間的接口部分，不同功能的器件，結構也不盡相同。普通I/O作為一個自立的單元處理，由三態(tài)輸出緩沖器、輸出極性挑選、輸出挑選等部分組成。（3）可編程內部連線可編程內部連線的作用是在各邏輯宏單元之間及邏輯宏單元與I/O單元之間提供互連網(wǎng)絡。通過它，邏輯宏單元接收輸入端的信號、并傳遞宏單元的信號。25.2.5現(xiàn)場可編程門陣列現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）FPGA簡介：FPGA浮上在上世紀80年代中期，它是由許多自立的可編程邏輯模塊組成，用戶可以通過編程將模塊銜接起來實現(xiàn)不同的設計，它集成度更高、邏輯功能更強、設計越發(fā)靈便。FPGA器件特點：FPGA器件具有高密度、高速度、標準化、小型化、多功能、低功耗、低成本、設計靈便、反復編程、現(xiàn)場模擬調試等特點，使用FPGA器件，可方便的完成一個電子系統(tǒng)的設計制作，目前應用廣泛。FPGA結構：不同廠家生產的FPGA結構也不相同，下面以Xilinx公司生產的FPGA為例，舉行容易推薦?？删幊踢壿媺K（ConfigurableLogicBlock，簡稱CLB）輸入/輸出模塊（I/OBlock，簡稱IOB）可編程互連資源（ProgrammableInterconnectResource，簡稱PIR）三種可編程電路和一個SRAM結構的配置存儲單元構成FPGA的基本結構圖見圖所示。CLB是實現(xiàn)邏輯功能的基本單元，通常規(guī)矩的羅列成一個陣列，分布于囫圇芯片中；IOB主要完成芯片上的邏輯與外部引腳的銜接，羅列在芯片四面；可編程互連資源（IR）將CLB之間、CLB和IOB之間、IOB之間銜接起來，構成特定功能的電路?；赟RAM的FPGA器件，事先需在外部配置加載數(shù)據(jù)，配置數(shù)據(jù)可以保存在片外的EPROM或其他存儲器中，通過控制加載過程，可以在現(xiàn)場修改器件的邏輯功能，即現(xiàn)場編程。例：選用PAL16L8設計一個代碼轉換電路，將4位二進制代碼轉換成格雷碼。解：設輸入的4位二進制代碼為ABCD，輸出的4位格雷碼為WXYZ，則有代碼轉換真值表如表所示。表代碼轉換真值表輸入輸出輸入輸出ABCDWXYZABCDWXYZ00000000100011000001000110011101001000111010111100110010101111100100011011001010010101111101101101100101111010010111010011111000由真值表可寫出輸出函數(shù)表達式：W=Σm（8，9，10，11，12，13，14，15）X=Σm（4，5，6，7，8，9，10，11）Y=Σm（2，3，4，5，9，10，11，12，13）Z=Σm（1，2，5，6，9，10，13，14）將邏輯函數(shù)化簡后得：這是一組有4個輸入變量，4個輸出的組合邏輯函數(shù)。用一片PAL器件實現(xiàn)，就必須選用有4個以上輸入端和4個以上輸出端的器件，因此可選用PAL16L8，其電路圖如圖所示。(此圖僅畫出了所用引腳的部分)第3篇電機學第26章變壓器26.1變壓器的額定值確保變壓器合理、安全運行，生產廠家按照國家技術標準，對變壓器的工作條件舉行了使用上的規(guī)定，為用戶提供了變壓器的允許工作數(shù)據(jù)，稱為額定值。它們通常標注在變壓器的鉻牌上，故也稱為銘牌值，并用下標“N”表示。（1）額定容量定義：指副邊輸出的額定視在功率，單位是VA或KVA。因為變壓器的效率很高，所以通常原、副邊的額定容量設計得相等。公式：單相變壓器：三相變壓器：（2）額定電壓銘牌規(guī)定的各個繞組在空載、指定分接開關位置下的端電壓，單位為V或kV。三相變壓器指線電壓。（3）額定電流按照額定容量和額定電壓算出的電流稱為額定電流，單位為A。三相變壓器指線電流此外還有額定效率、額定溫升。26.2變壓器的基本結構26.2.1變壓器的基本類型按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器按鐵心結構分：心式變壓器和殼式變壓器。按調壓方式分：無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器。按冷卻介質和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器26.2.2變壓器的基本結構一、鐵心變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用厚為0.35-0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。二、繞組變壓器的電路，普通用絕緣銅線或鋁線繞制而成。三、絕緣套管將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。四、油箱油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和藹體繼電器。26.3變壓器的工作原理和電磁關系26.3.1變壓器的工作原理它的基本工作原理可以用圖說明。圖是單相變壓器的工作原理圖。這個單相變壓器由一個閉合的鐵心和套在其上的兩個繞組構成。這兩個繞組彼此絕緣，同心套在一個鐵心柱上，但是為了分析問題的方便，我們將這兩個繞組畫在鐵心柱兩側上，其中，與電源銜接的繞組稱為原繞組，也稱為一次繞組或原邊；與負載銜接的繞組稱為副繞組，也稱為二次繞組或副邊。我們在表示原繞組電磁量的符號右下角加標號“1”，在表示副繞組電磁量的符號右下角加標號“2”，以便于區(qū)別。例如，,,分離表示原繞組的電壓、感應電動勢、電流相量；,，,分離表示副繞組的電壓、感應電動勢、電流相量。將原繞組的兩個出線端與單相交流電源銜接，原繞組中便流過交流電流，該電流在鐵心中生成與電源頻率相同的交變磁通，此交變磁通同時鏈過原、副繞組。據(jù)電磁感應原理，原、副繞組中將分離感應出交變電動勢。將副繞組的兩個出線端與負載銜接，負載就有交流電流通過。對應某一瞬時，單相變壓器中各物理量的方向標示于圖。圖單相變壓器工作原理圖設分離為原繞組的電壓、感應電動勢瞬時值，,分離為副繞組的電壓、感應電動勢瞬時值，,分離為原繞組、副繞組的匝數(shù)，為鐵心中同時鏈過原、副繞組的磁通。倘若單相變壓器副繞組的兩個出線端不與負載銜接并忽略數(shù)值很小的原繞組電阻、電抗，可以得出下面的瞬時值方程式