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第八章可编程逻辑器件 可编程逻辑器件概述 简单可编程逻辑器件 高密度可编程逻辑器件 HDPLD PLD 的编程与测试教学要求: 一、半导体存储器部分 1、正确理解与熟练掌握:只读存储器、随机存储器的工作原理及特点,存储器容量的扩展方法及用存储器设计组合逻辑电路。 2、重点:存储器容量的扩展及用存储器设计组合逻辑电路。二、可编程逻辑器件部分 1、正确理解与熟练掌握:可编程逻辑器件的基本结构; PLD 的分类及表示方法;可编程阵列逻辑 PAL 的应用;通用阵列逻辑 GAL 的应用。 2、重点:可编程逻辑器件的内部结构与工作原理。在数字系统的设计中, 主要有三类基本器件可供选用, 它们是: ①中、小规模标准逻辑模块, 如在前面章节中介绍的 74系列及其改进系列、 CD4000 系列、 74HC 系列等。②微处理器( Microprocessor )。③专用集成电路 ASIC (Application Specific Integrated Circuit )。 可编程逻辑器件概述 PLD 的发展简史 20世纪 70年代,熔丝编程的 PROM (Programmable Read Only Memory )和 PLA (Programmable Logic Array ) 是最早出现的可编程逻辑器件。 20世纪 70年代末, AMD 公司推出了 PAL (Programmable Array Logic )器件。 20世纪 80年代初, Lattice 公司首先生产出了可电擦写的、比PAL 使用更灵活的 GAL (Generic Array Logic )器件。 20世纪 80年代中期, Xilinx 公司提出了现场可编程的概念,同时生产出了世界上第一片 FPGA (Field Programmable Gate Array )器件。同一时期, Altera 公司推出了 EPLD (Erasable PLD ), 它比 GAL 具有更高的集成度,可以用紫外线或电擦除。 20世纪 80年代末, Lattice 公司又提出了在系统可编程 ISP (InSystem Programmability )的概念,并推出了一系列具有在系统可编程能力的 CPLD (Complex PLD ) 器件。此后,其它 PLD 生产厂家都相继采用了 ISP 技术。进入 20世纪 90年代后,可编程逻辑器件的发展十分迅速。主要表现为三个方面: 一是规模越来越大;二是速度越来越高;三是电路结构越来越灵活,电路资源更加丰富。目前已经有集成度在 300 万门以上、系统频率为100MHz 以上的 PLD 供用户使用, 在有些可编程逻辑器件中还集成了微处理器、数字信号处理单元和存储器等。这样,一个完整的数字系统甚至仅用一片可编程逻辑器件就可实现,即所谓的片上系统 SOC (System On Chip )。 PLD 的分类 ,按照集成度可以将可编程逻辑器件分为两类: ①低密度可编程逻辑器件 LDPLD (Low Density PLD )。②高密度可编程逻辑器件 HDPLD (High Density PLD )。一般以芯片 GAL22V10 的容量来区分 LDPLD 和HDPLD 。不同制造厂家生产的 GAL22V10 的密度略有差别,大致在 500 ~750 门之间。如果按照这个标准, PROM 、PLA 、PAL 和GAL 器件属于 LDPLD ,EPLD 、CPLD 和FPGA 器件则属于 HDPLD 。 -或阵列和门阵列两种基本结构发展起来的,所以可以从结构上将其分成两大类器件: PLD 器件和 FPGA 器件。这种分类方法将基本结构为与-或阵列的器件称为 PLD 器件,将基本结构为门阵列的器件称为 FPGA 器件。 LDPLD (PROM 、PLA 、PAL 、GAL )、 EPLD 、CPLD 的基本结构都是与-或阵列, FPGA 则是一种门阵列结构。 ,是指在可编程逻辑器件中可编程元件的类型。按照这个标准,可编程逻辑器件又可分成五类: ①熔丝( Fuse )或反熔丝( AntiFuse )编程器件。 PROM 、Xilinx 的XC8100 系列 FPGA 和Actel 的FPGA 等采用熔丝或反熔丝作为编程元件。②UVEPROM 编程器件,即紫外线擦除/电气编程器件。 Altera 的Classic 系列和 MAX5000 系列 EPLD 采用的就是这种编程工艺。③E 2PROM 编程器件,即电可擦写编程器件。 Alte