PLD器件基础及开发系统介绍

注意
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ABEL源文件的基本结构
ABEL源文件是由一个或多个相互独立的模块组成，每个模块包括
一个或多个完整的逻辑描述。简单的源文件可以只包含一个模块，而
复杂的源文件可能包括多个模块。 模块基本结构如下： MODULE〈模块名〉 [〈接口说明语句〉] [〈标题语句〉] 〈说明语句〉 {〈布尔方程段〉、〈真值表段〉、〈状态图段〉、 〈熔丝状态段〉、〈异或因子段〉} [〈测试矢量段〉] END [〈模块名〉]
数字器件
标准逻辑器件
常用中规模集成电路（例，计数器）
存储器（例，RAM、ROM、EPROM等
全定制产品
专用数字集成电路ASIC
半定制产品 可编程逻辑器件（PLD）
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集成逻辑器件的特点
含CPU的微处理器 在时钟脉冲作用下不断执行用户的软件程序，用户编程并不对 其硬件结构产生影响，它的工作速度一般较低； 标准逻辑器件 使用方便、价格便宜，但其规模一般较小，一个数字系统往往 要用几十片甚至上百片标准逻辑器件来完成； 半定制、全定制ASIC 产品开发需要半导体厂家参与，周期长、费用高，其开发不可 能普及； PLD器件 （1）逻辑功能可编程。（2）器件规模很大。（3）工作速度很高。 （4）使用相对复杂。
A~Z (26个大写英文字母)
0~9 (10个数字字符) space(空格符) tab(制表符)
共计９６个
ASCII码字符
～ ！＠ ＃ ＄ ％ ＾ ＆ ＊ （ ）
- _= ＋ “ , ＜ ＼ ｜ ［ ］｛ ｝ ; ‘ : ?
＞ . ｀ ／
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标识符 标识符是由标识器件、器件引脚、节点、集合、
WITH
注意
与标识别符不同，关键字不区分大小写！
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字符串
字符串是包含在单引号内的合法字符序列，通常用于标题语句、标
记语句以及管脚和节点说明语句。
例
注释段
TITLE ’1 bit full adder’；
注释是对源文件的进一步解释，注释段以双引号开始，以另一个双
引号或换行符结束。
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管脚及节点说明语句 格式： 标识符 PIN(或NODE) <#> ISTYPE ‘属性’; 例：
A pin;
Z1,Z2
B,C pin istype
node istype ‘COM’;
‘REG’;
管脚标识符要与管脚号一一对应，但在ispEXPERT
注意
中管脚号可以省略。 缺省情况下，管脚属性为组合型‘COM’。 一个信号可以包含多个属性。
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PLD器件基础及开发系统介绍
一．可编程逻辑器件基础 二．ABEL语言介绍 三．ispEXPERT System介绍
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一． 可编程逻辑器件基础
集成逻辑器件的分类
单片机系列（例，MCS51/96系列）
各种含CPU的微处理器
高级微处理器（例，INTEL80286，TI8000等） 数字信号处理器（例，TMS320系列） 各种门电路（例，与非门、或非门等）
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模块说明语句 格式： 例：
MODULE 模块名
„„ END [模块名]
MODULE 1_bit_adder
„„ END
Leabharlann Baidu
注意
行末没有分号。 若将该模块作为一个自定义元件（宏块），则模块名
应与自定义元件名相同。
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标题语句 格式： TITLE ‘字符串’; 例： TITLE ‘4 bit binary counter’;
（一）用传统设计方法：
1. 真值表（略） 2. 逻辑式（略） 3. 化简，得：
Z A4 A2 A4 A3 A4 A3 A2 A3 A2 A1
4. 电路图（略）
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（二）用ABEL—HDL语言描述如下： MODULE decode “定义设计模块名为decode A4，A3，A2，A1 PIN； “定义输入信号 Z PIN； “定义输出信号 A=[A4..A1]； “定义集合 EQUATIONS “表示以下用逻辑方程描述功能 WHEN((A>=2)&(A<=10)) THEN Z=1； “逻辑功能描述 ELSE Z=0； TEST-VECTORS（A–>Z) “以下是测试矢量部分 0 –>0；1 –>0；2 –>1；3 –>1； 4 –>1；5 –>1；6 –>1；7 –>1； 8 –>1；9 –>1；10 –>1；11 –>0； 12 –>0；13 –>0；14 –>0；15 –>0； END “模块结束
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真值表描述 格式： TRUTH_TABLE(输入标识符集->输出标识符集) 输入值->输出值; TRUTH_TABLE(输入标识符集:>输出标识符集) 输入值:>输出值; 例： truth_table([A,B]->S) [0,0]->0; [1,0]->1; [0,1]->1; [1,1]->0;
TEST_VECTORS([A,B]->S)
[0,0]->0; [1,0]->1; [0,1]->1; [1,1]->0;
注意
测试矢量与真值表描述在形式上相似。
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指示字 指示字的作用就是指导编译软件对源文件作相应的处理。灵 活地应用指示字可以简化源文件的编写和调试。引导指示字的关 键词为“@” 。 格式： @directive [options]； ABEL语言中的指示字为： @ALTERNATE @CARRY @DCSTATE @EXPR @IFB @IFDEF @IFNDEF @IFNIDEN @IRPC @MESSAGE @RADIX @REPEAT @CONST @EXIT @IFIDEN @INCLUDE @ONSET @SETSIZE @DCSET @IF @IFNB @IRP @PAGE @STANDARD
10
16
^D(缺省)
^H
^D15
^HF
15
15
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常量 常量用来表示值不变的量。常量可以分为：一般常量和特殊常量。 特殊常量 .C. .F. .K. .P. 说明 上升沿时钟输入 浮点输入或输出 下降沿时钟输入 寄存器预加载
.X.
.Z.
任意态（无关项）
高阻输入或输出
注意
优先级
1 2 3 3 3
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运算 运算符 算 术 + 运 * / 算 % ＝＝ 关 !＝ 系 ＜ 运 ＜＝ 算 ＞ ＞＝
示 例 -A A-B A+B A*B A/B A%B A＝＝B A!＝B A＜B A＜＝B A＞B A＞＝B
优先级 含 义 A 取负(以补码表示) １ A减B ３ A加B ３ A乘B ２ A 除以 B(无符号整除) ２ 求模(求 A／B 的余数) ２ 如果 A 与 B 相等取值为真 ４ 如果 A 与 B 不等取值为真 ４ 如果 A 小于 B 取值为真 ４ 如果 A 小于等于 B 取值为真 ４ 如果 A 大于 B 取值为真 ４ 如果 A 大于等于 B 取值为真 ４
仿真→逻辑综合→下载到可编程器件
常见HDL语言：ABEL－HDL语言、VHDL语言、Verilog语言 HDL语言描述方法：逻辑方程、高级语言、真值表、状态图描述等
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逻辑功能的硬件语言描述
例：如一个四位二进制数A4A3A2A1，试设计一个判断电路，当四位二进
制数大于等于2，小于等于10时，输出为“1”，其它为逻辑“0”。 解：
在逻辑方程描述中可以使用WHEN-THEN-ELSE语句。
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WHEN-THEN-ELSE语句 格式： WHEN 条件 THEN 逻辑方程1; ELSE 逻辑方程2;
例：
when (A==B) then Z=0; else Z=1;
注意
若有多个逻辑方程，可以放在大括号中。 WHEN-THEN-ELSE语句可以嵌套使用。
例
MODULE Basic_logic “gives the module a name”
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数的表示 可用二进制、八进制、十进制和十六进制来表示。 进制数 二进制 八进制 基数 2 8 表记符 ^B ^O 例如 ^B1010 ^O12 十进制数 10 10
十进制
十六进制
CASE ENDCASE DEVICE ENDWITH ELSE EQUATIONS ENABLE FLAG END FUSES
GOTO
MACRO
IF
MODULE
IN
NODE THEN
ISTYPE
PIN TITLE
LIBRARY
STATE
STATE_DIAGRAM TEST_VECTORS
TRUTH_TABLE
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常量说明语句 格式： 标识符＝常量表达式; 逻辑方程描述 例： 格式： EQUATIONS 逻辑方程式; 例： C,X=.C.,.X.; ON,OFF=0,1;
equations
S=!A&B # A&!B; Q.clk=CP; C1=A&B; Q:=Q+1;
注意
组合型输出赋值为“=”，寄存器型输出赋值为“：=”。
输入／输出信号等的合法字符串组成。
标识符必须以字母或下划线开始； 标识符最长不能超过31个字符； 除第一个字符外，标识符可以包含大写字母，小写 字母，数字及下划线，但不允许出现空格； 标识符与大小写字母有关；
关键字不能用作标识符。
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关键字
关键字又称保留标识符，它代表某种处理功能。
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PLD的基本结构
输入电路产生输入变量的原变量和反变量 与阵列产生输入变量的与项（乘积项） 或阵列对乘积项有选择地进行或运算 输出电路产生输出信号，提供反馈信号
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PLD的工作原理
在数字电路的设计中，输出总可以用“与或”形式 的逻辑函数来表示，从而用若干与门和或门就可以实 现这个逻辑函数。而PLD器件内部电路的核心就是与阵 列和或阵列，因此可以用来实现任意函数。
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状态图描述 状态图是一种直观描述时序逻辑的方法，状态图描述方式是 由状态图标题语句，状态描述语句和状态转移语句三部分组成。 格式： STATE_DIAGRAM 状态寄存器标识符
{状态表达式：方程式；}
具体见时序电路
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测试矢量 格式： TEST_VECTORS(输入标识符集->输出标识符集) 输入值->输出值; 例：
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表达式及等式 表达式是标识符和运算符的组合，表达式中各种运算具有不同的优先级． 集合 集合用来表示成组或成批处理的信号或常量，集合中的每一个独立分量称
为该集合的元素。引入集合的目的是为了简化书写，并使可读性更好。集
合有两种定义方法： 枚举法： Din = [ D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0 ]; 界限符法： Din = [ D7..D0 ]； 枚举法与界限符法可以联合使用。 只有类型相同、长度相同的集合才可一起参与运算。
特殊常量值用大小写均可，但前后两个“.”不能省略！
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运算及运算符
运算 运算符 ！ 逻 ＆ 辑 ＃ 运 ＄ 算 ！＄ ＝ 赋值 运算 ：＝
示 例 ！A A＆B A＃B A＄B A！＄B A＝B A：＝B
含 义 对 A 逐位取反 A 和 B 逐位相与 A 和 B 逐位相或 A 和 B 逐位异或 A 和 B 逐位同或 不带时钟的赋值 (组合输出) 带时钟的赋值 (寄存输出)
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经ABEL语言编译器编译后的简化式子如下：
Z (! A3 & A2&!A1# A4&!A3&!A2#! A4 & A3#! A4 & A2);
ABEL语言描述的仿真波形如下：
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二．ABEL语言介绍
ABEL的语法规定
合法字符集 a~z (26个小写英文字母)
&
例如，对逻辑函数 Z ( A, B) AB AB ， 用PLD表示法连接后的完整逻辑图如图
A
1
&
所示。
B
1 ≥1 Z
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用PLD设计数字逻辑电路的方法
传统设计方法：设计要求→真值表→函数表达式→化简或变换→ 电路图 现代设计方法：设计要求→用HDL语言描述功能→编译、化简和
注意
‘字符串’通常为该模块的内容提示。
标题语句不影响任何逻辑描述及运算结果，可以省略。
器件说明语句 格式： 例：
器件标识符 DEVICE ‘字符串’;
U1 DEVICE ‘P16V8C’;
器件说明语句用来把模块中所用器件的标识符与实际PLD器
注意
件相联系。
在ispEXPERT软件中，该语句可忽略。