数字逻辑与数字系统 可编辑逻辑器件
可编程逻辑器件
可编程逻辑器件1. 引言可编程逻辑器件（PLD）是一种集成电路芯片，具有可编程逻辑和存储功能。
它能够根据用户的需求和特定的逻辑功能进行编程，并实现电路和逻辑功能的实现。
PLD在计算机和电子领域具有广泛的应用，如数字逻辑设计、自动控制系统、通信系统等。
本文将介绍可编程逻辑器件的基本原理、应用以及未来的发展趋势。
2. 可编程逻辑器件的分类根据可编程逻辑器件的不同结构和编程方式，可以将其分为以下几类：2.1 可编程逻辑阵列（PLA）可编程逻辑阵列是最早出现的可编程逻辑器件之一。
它由与非门、或非门和与非门组成，并且每个门都可以通过编程电路连接或断开。
PLA的编程方式是通过将引脚与晶体管交叉连接来实现，从而实现特定的逻辑功能。
2.2 可编程数组逻辑器件（PAL）可编程数组逻辑器件是一种常见的可编程逻辑器件。
它由程序控制逻辑（PCL）和逻辑阵列（LA）组成。
PCL用于将输入信号和编程线信号转换为逻辑阵列中的选择信号，从而实现特定的逻辑功能。
2.3 可编程逻辑阵列和可编程互连器件（PLD）可编程逻辑阵列和可编程互连器件（PLD）是一种通用的可编程逻辑器件。
它由可编程逻辑阵列、可编程互连矩阵和输入/输出功能单元组成。
PLD可以通过编程将逻辑功能和输入/输出信号连接起来，实现特定的逻辑功能。
PLD在可编程逻辑器件中具有更大的灵活性和可扩展性。
3. 可编程逻辑器件的原理和工作方式可编程逻辑器件的工作原理是将逻辑功能用布尔代数的形式描述，并编写一个与之对应的逻辑方程。
通过对逻辑方程进行编程，将输入信号与逻辑方程中的变量相连接，从而实现特定的逻辑功能。
对于PLA和PAL这类可编程逻辑器件，由于它们的结构比较简单，编程方式主要是通过某种特定形式的编码方式来实现。
而对于PLD这种通用的可编程逻辑器件，由于其结构较为复杂，编程方式则更加灵活。
可以通过硬件编程语言（如VHDL）或可视化编程工具进行编程，使得逻辑功能的实现更加方便和灵活。
可编程逻辑器件PLD的使用
可编程逻辑器件PLD的使用介绍可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简称PLD）是一种集成电路，用于实现数字逻辑电路的设计与开发。
相比于传统的固定逻辑电路，PLD具有可编程性，可以根据需要重新编程，从而满足不同的功能需求。
在现代电子设备中，PLD被广泛应用于各种数字系统，包括计算机、通信设备、工控系统等。
本文将介绍PLD的基本概念、工作原理以及使用方法，帮助读者了解和使用PLD。
基本概念可编程逻辑器件（PLD）可编程逻辑器件是一种集成电路芯片，由一系列的逻辑门、触发器和可编程连接元件组成。
PLD中的连接元件可以根据用户的需求通过编程来定义，从而实现不同的逻辑功能。
逻辑门逻辑门是数字电路中的基本组成元件，用于执行逻辑运算。
常见的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）等。
PLD中通常包含多个逻辑门，可以通过编程来定义逻辑门之间的连接关系，以实现特定的逻辑功能。
触发器触发器是数字电路中用于存储和操作信息的元件。
PLD中的触发器可以用来实现时序逻辑功能，例如计数器和状态机等。
可编程连接元件可编程连接元件是PLD中的重要组成部分，它决定了逻辑门和触发器之间的连接关系。
通常使用的可编程连接元件有可编程逻辑阵列（PLA）和可编程互连元件（PAL）等。
工作原理PLD的工作原理可以分为两个阶段：编程和运行。
编程编程是指将用户的逻辑设计转换为PLD可读取的编程文件。
通常使用的编程方式有硬件编程和软件编程。
硬件编程通常通过专用的编程设备和编程线进行，而软件编程则通过一种特定的软件工具来完成。
在编程过程中，用户需要定义逻辑门和触发器之间的连接关系，以及逻辑功能的实现方式。
编程文件通常以特定的格式保存，供PLD读取并进行配置。
运行运行是指将经过编程的PLD配置为用户所需的逻辑功能，并进行实际运行。
运行过程中，PLD读取编程文件中的配置信息，并根据配置信息实时控制逻辑门和触发器的工作状态。
可编程逻辑器件与数字系统设计课程设计
可编程逻辑器件与数字系统设计课程设计简介可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是数字逻辑电路设计中的重要组成部分，可以用于实现数字电路中的逻辑运算、寄存器、计数器等功能。
数字系统设计是计算机科学和工程学科中的基础课程之一，涉及数字电路和计算机体系结构的基本理论、设计方法和实践应用。
本文档将介绍一个基于PLD和数字系统设计的课程设计项目。
课程设计项目概述本课程设计项目要求参与者使用Verilog硬件描述语言设计和实现一个数字系统。
数字系统包括一个或多个模块，每个模块由组合逻辑和时序电路组成，通过PLD芯片进行实现。
本项目的目标是让参与者掌握数字系统设计的基本原理和方法，掌握Verilog语言的使用和硬件仿真工具的应用能力。
设计要求设计思路：参与者根据课程所学内容，选择一个数字电路设计题材，根据逻辑电路实现要求，使用Verilog硬件描述语言设计相应的模块和测试平台，并通过PLD芯片进行实现。
设计要求：•设计题目需与数字电路设计课程相关，不得侵犯他人知识产权。
•选定设计的数字系统需要是全新的设计，不能直接借鉴他人的设计方案。
•Verilog代码需要清晰、规范，注释详细，使用合理的命名，避免出现歧义。
•设计需要考虑电路稳定性、功耗等实际应用问题，并结合仿真验证。
•项目需要按照设计文档和验收要求进行报告和演示。
设计流程设计流程：本课程设计项目的主要流程包括以下几个环节：1.选择数字系统设计题目，确定电路功能需求。
2.设计数字电路结构，并进行Verilog代码实现和仿真。
3.在硬件平台上进行综合、布局布线和仿真。
4.通过PLD芯片进行编程和实现。
5.对设计结果进行性能评估和测试。
6.按照验收要求编写设计文档，进行演示和报告。
设计流程图如下所示：graph LRA[选择数字系统设计题目，确定电路功能需求]B[设计数字电路结构，并进行Verilog代码实现和仿真]C[在硬件平台上进行综合、布局布线和仿真]D[通过PLD芯片进行编程和实现]E[对设计结果进行性能评估和测试]F[编写设计文档，进行演示和报告]A --> BB --> CC --> DD --> EE --> F验收要求验收要求：本课程设计项目的验收要求如下：1.项目设计报告的质量需符合学术规范，使用Markdown格式编写。
复旦大学《数字逻辑基础》第6章+可编程逻辑器件
查找表是一 个存储器， 个存储器， 直接将用户 需要的输入 输出关系存 储在内
查找表
进位 和控 制逻 辑
查找表
进位 和控 制逻 辑
XB X 2D S Q 1C2 1EN R X Q
CIN CLK CKE
FPGA的内部结构示意图 的内部结构示意图
逻辑块
RAM CLBs CLBs RAM
可编程 连线区
I/O I/O 引 脚 控 制 块
宏单元 1~16 可 编 程 连 线 区
宏单元 17~32
I/O 控 制 块 I/O 引 脚
I/O I/O 引 脚 控 制 块
宏单元 33~48
宏单元 49~64
I/O 控 制 块 I/O 引 脚
FPGA的基本结构 的基本结构
FPGA内部的逻辑块 内部的逻辑块
COUT G4 G3 G2 G1 F5 BY SR F4 F3 F2 F1 YB Y 2D S Q 1C2 1EN R Y Q
用VHDL 设计的 例1
8位移位 位移位 寄存器， 寄存器， 左移
library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; entity shiftreg is port ( CLK: in STD_LOGIC; D: in STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); Q: buffer STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0) ); end shiftreg; architecture shiftreg_arch of shiftreg is begin process (CLK) begin if CLK 'event and CLK = '1‘ then Q(0) <= D(0); Q(7 downto 1) <= Q(6 downto 0); end if; end process; end shiftreg_arch;
数字逻辑与数字系统之时序逻辑电路【可编辑PPT】
寄存器的功能 — 接收、存放、传送数据。 寄存器的组成 — 触发器及门电路。 说明：对寄存器中的触发器只要求它具有置1、
置0的功能即可，因而无论用何种类型的 触发器都可组成触发器。
2. 寄存器的种类 1）并行输入寄存器
输入数据可同时送入寄存器内。
3）功能 这是一种功能较齐全的移位
寄存器，具有清零、左移、右移、 并行加载、保持五种功能。
保— 持 Q0n1Q1n1Q2n1Q3n1Q0nQ1nQ2nQ3n
并行— 加 Q0n载 1Q1n1Q2n1Q3n1D0D1D2D3
4）用74194实现左移、右移及
并行加载。
右移串出
数据
Q0 DIR
DIL
Q1 Q2 Q3S1 74LS194 S0
1/0 0/0
并每当转换为10状态（最大数）时，输出Z=1。
10
图5.2.5 例5.2.1完整的状态图
当X=1时，按照减1规律从10→01→00→10循环变化， 并每当转换为00状态（最小数）时，输出Z=1。
所以该电路是一个可控的3进制计数器。
三、异步时序逻辑电路的分析举例
例5.2.2：试分析图5.2.7所示的时序逻辑电路
1K& R
FF2
Q 1J& C1 1K& R
Q1
FF1 Q 1J
C1 1K R
Q0
1 FF0
Q 1J C1 1K R
分析状态图可见：
CP计数脉冲 CR 清零脉冲
FF0：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J0=K0=1。
FF1 ： 当 Q0=1 时 ， 来 一 个 CP ， 向 相 反 的 状 态 翻 转 一 次 。 所 以 选
第1章数字逻辑及可编程逻辑的基础知识
单元1
A0 A1 A
2
A3
图 1-6 并行数据流连接
单元2
D0 D1 D
2
D3
第1章 数字逻辑与可编程逻辑的基础知识
控制信号
输入 输入
输出 输出
图 1-7 多个单元连结在一起形成系统
第1章 数字逻辑与可编程逻辑的基础知识
输入 信号
输入 信号
输入 信号
输入 信号
控 制信 号 控 制信 号 控制 信号
串行传输方式如图1-5所示， 单元A的输出 信号X， 通过传输线传到单元B的输入端， 各位 在时间上是以顺序的方式传输的。
单元 A X 单元 A 的输出
传输线
X
单元 B
单元 B 的输出
图 1-5 连接两个单元的串行数据流路径
第1章 数字逻辑与可编程逻辑的基础知识
并行传输方式是将一个字中所有各个数据位同时 传输， 并行信号流路径只是简单地由几条分开的串行 路径组成的， 每条串行线用于传输一个bit, 如图1-6所 示为4 bit的并行传输链。 信号流还可扩展到任意位数。
Y=A+B 只要逻辑输入A或B中有一个为“1”， 输出Y就为“1”, 而当输 入全为“0”时, 输出才为“0”, 即“有1出1， 全0出0”。
第1章 数字逻辑与可编程逻辑的基础知识
3. 非运算
决定事物的条件具备了， 结果却不发生， 而此条
件不具备时， 结果一定发生， 这样的因果关系叫非逻
辑。 逻辑函数表达式为
第1章 数字逻辑与可编程逻辑的基础知识
1.1.3 单元与层次 层次设计方法：采用最基本的简单数字单元来构成 较复杂的单元。
图 1-3 层次设计的级别
第1章 数字逻辑与可编程逻辑的基础知识
可编程逻辑器件及应用
可编程逻辑器件及应用可编程逻辑器件（PLD）是一种电子器件，能够根据用户的需求和程序逻辑实现不同的功能。
它们被广泛应用于数字电路设计、自动化控制系统和嵌入式系统等领域。
本文将深入探讨可编程逻辑器件的原理、分类、优势及其在各个领域的应用。
一、可编程逻辑器件的原理可编程逻辑器件的核心是可编程逻辑阵列（PLA）或可编程逻辑门阵列（PLGA）。
它由一系列基本逻辑门（如与门、或门和非门）和可编程的互连网络组成。
用户可以通过编程器将逻辑功能和互连关系编程到可编程逻辑阵列中，从而实现特定的逻辑功能。
二、可编程逻辑器件的分类根据实现的逻辑功能不同，可编程逻辑器件可以分为可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑器件（PAL）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）等几个主要类别。
1. 可编程逻辑阵列（PLA）可编程逻辑阵列（PLA）是最早出现的可编程逻辑器件之一。
它具有灵活的结构和编程方式，可以实现复杂的逻辑功能。
PLA的主要特点是可编程的输入和输出逻辑功能以及可编程的互连关系。
2. 可编程阵列逻辑器件（PAL）可编程阵列逻辑器件（PAL）与PLA类似，但它的输入逻辑功能是固定的，只有互连关系是可编程的。
PAL的制造成本较低，适合一些较简单的逻辑功能应用。
3. 复杂可编程逻辑器件（CPLD）复杂可编程逻辑器件（CPLD）是可编程逻辑器件的进一步发展。
CPLD通过集成多个可编程逻辑阵列和可编程互连网络，能够实现更复杂的逻辑功能。
CPLD具有较高的灵活性和可扩展性。
4. 现场可编程门阵列（FPGA）现场可编程门阵列（FPGA）是最灵活和最强大的可编程逻辑器件。
FPGA由大量可编程逻辑块（CLB）、可编程互连网络和输入/输出模块组成。
它可以根据用户的需求和程序逻辑实现几乎任何逻辑功能。
三、可编程逻辑器件的优势可编程逻辑器件相比于固定功能的逻辑器件具有以下几个优势：1. 灵活性：可编程逻辑器件可以根据用户的需求进行编程，实现不同的逻辑功能。
数字电子技术基础课件：可编程逻辑器件
可编程逻辑器件
9.2.3 PAL的基本结构
可编程逻辑器件
比较图9.2.1与图9.2.3电路可见,二者的主要区别在于或 阵列的不同。在图9.2.3中, 每个或门的输入与4个与门的输出 固定连接,也就是说,由此电路构成的逻辑函数最多允许 包含 4个与项。显然,用此电路无法实现2位二进制数的加法器,因 为实现2位二进制加法 需要更多的与项。
可编程逻辑器件
可编程逻辑器件
9. 1 概述 9. 2 PLA 和 PAL 的电路结构 9. 3 通用阵列逻辑 9. 4 高密度可编程逻辑器件 本章小结 思考题与习题
可编程逻辑器件
9.1 概 述
20世纪 80 年 代 以 来,专 用 数 字 集 成 电 路 (ApplicationSpecificIntegrated Circuit, ASIC)逐步流行起来。 它包括4种类型,即可编程逻辑器件(Programmable LogicDevice, PLD)、门阵列、标准单元、全定制型器件,它 们代表了数字系统硬件设计的发展方向,其中 可编程逻辑器 件的发展经历了由简单 PLD到复杂 PLD的过程。
可编程逻辑器件
图9.2.4 几种常见的专用输出结构形式
可编程逻辑器件 2)可编程输入/输出结构 可编程输入/输出结构是指此类 PAL器件的一个引 脚通
过编程可作为输出端使用,或者作为输入端使用, 其电路形式 如图9.2.5所示。 由图9.2.5可见,此类电
图9.2.5 PAL的可编程输入/输出结构
可编程逻辑器件
图9.3.1 GAL16V8的逻辑电路 图
可编程逻辑器件
9.3.2 可编程输出逻辑宏单元 GAL器件的灵活性主要体现在可编程的输出逻辑宏单
元(OLMC)。在 GAL16V8内部, 8个输出逻辑宏单元的每一 个都有8个不同的乘积项(与门的输出)作为其或门的输入,在 或 门的输出端形成与或功能。我们知道,任一个逻辑函数都 可用与或表达式表示,因此这种与 或结构具有一般性。在 OLMC内部,与或形式的输出可经过选定的路径到达输出管 脚,实 现组合电路,或者作为 D触发器的输入,在时钟脉冲的作 用下实现寄存器输出电路。
数字电路可编程逻辑器件
目前旳电子设备，单纯用模拟电路实现旳少， 一般都是：
薄弱信号放大 高速数据采集 大功率输出
采用模拟电路
信号处理 控制
采用数字电路 CPU, MEMORY,PLD
以至目前许多电子系统仅由三种原则器件构成: 1. CPU 微处理器 2. MEMORY 存储器 3.CPLD 、FPGA 可编程器件
可使某些时序电路设计得到简化
PAL
5。算术选通反馈型构造 在带异或旳寄存器型构造基础上，将输入 信号B与反馈信号A经算术选通后，再加到 与阵列旳输入端。
用于实现加、减、不小于、不不小于等算术运算
A
B
&1
算
& A+B
术
&A
选
通
& AB
&amAB
PAL
6.异步可编程寄存器输出型构造 器件内部旳D触发器旳CP端、S端与R端 均由专用乘积项单独编程控制。而D端旳电平 由极性控制输入决定。
Z=A+C+E
§１０.2 可编程阵列逻辑（PAL） 可编程与阵列、固定旳或阵列和输出反馈 单元构成。沿用了prom中旳熔丝式双极型 工艺。它又分为：
PAL
1。基本与或阵列型
PAL
2。可编程输入/输出型
它具有三态输出缓冲器和反馈缓冲器。因而 1〕可构成简朴旳触发器 2〕输入输出端旳数目可根据实际需要来配 置即提供双相输入/输出功能.
ICR ---In Circuit Reconfigurability
此类器件利用SRAM存储信息,不需要在编 程器上编程,可直接在PCB上对器件编程. 一般编程信息存于外附加旳EPROM,E2PROM 或软硬盘上,在系统工作之前,先将存于器件外 旳编程信息输入到器件内旳SRAM里,然后器件 才开始工作.
可编程逻辑器件的认知(数字电路分析课件)
专门的编程器进行编程。对GAL编程是指：让与阵列中的耦合元件具
有预定的连接关系，并通过设置控制字使GAL有预定的输出结构。
二、 GAL典型器件及其应用
1.分析基本逻辑门设计
由表达式可知，该逻辑电路需要12个输入端和6个输出端，可以采 用1片GAL16V8实现该逻辑电路。可将GAL16V8的8个输出缓冲器引脚中 的6个（13~18）作为该电路的输出端引脚；由于GAL16V8只有8个专用输 入端引脚（2~9），所以可将作为时钟脉冲CP输入端的引脚1和作为输出 使能端OE输入端的引脚11作为输入端引脚，同时将剩余的2个输出引脚 12和19作为专用输入结构。
二、 GAL典型器件及其应用
用GAL16V8和编程软件设计一组基本逻辑门电路。六个基本逻辑
门是与门、或门、与非门、或非门、异或门、同或门。各逻辑门的逻
辑表达式为：
F1= A1B1 F2=A2+B2 F3= A3B3
F4= A4+B4
F5= A5⊕B5 F6=A6⊙B6
除个别GAL器件如ispGAL16Z8可在线编程外，其它GAL器件要使用
三、 通用阵列逻辑（GAL）器件
2.GAL器件的输出逻辑宏单元OLMC
GAL器件和PAL器件最大的差别就在于GAL器件有一种灵活 且 可 编 程 的 输 出 结 构 —— 输 出 逻 辑 宏 单 元 OLMC （ Output Logic Macro Cell）。OLMC包括以下几部件：或门阵列、异 或门、D触发器和4个数据选择器（MUX）。4个数据选择器包 括乘积项数据选择器PTMUX、反馈数据选择器FMUX、输出数据 选择器OMUX和三态数据选择器TSMUX。
一、复杂可编程逻辑器件CPLD
2.可编程I/O单元
数字电路与逻辑设计(第三版)课件：可编程逻辑器件
在 20 世纪 80 年代初,可编程器件和 ASIC 芯片之间存在 较大的集成度和性能的差距。SPLD 器件和 CPLD 器件具有 很高的可编程性,它们的设计和修改时间都很短,但这些器件 的集成度都较低,无法实现更加复杂的功能。与此相反, ASIC 芯片实现了极高的集成度和复杂的功能,但 ASIC 芯片的价格 十分昂贵,其设计与生产周期也很长。 ASIC 芯片一旦在硅片 上实现,就是不可改变的。
可编程逻辑器件
图 6-13 CPLD 器件和 FPGA 器件的体系结构比较
可编程逻辑器件
在集成度不高的设计中, CPLD 器件往往以价格优势取 胜,而在更高集成度的设计中,FPGA 器件则以较低的总体逻 辑开销取胜。
可编程逻辑器件
6. 4. 2 FPGA 器件的特征 典型的 FPGA 器件的特征参数如表 6-2 所示。随着半导
可编程逻辑器件
6. 2. 1 PROM 器件 第一种 SPLD 器件是 PROM 器件。 PROM 器件于 1970
年问世,主要用来存储计算机的程序指令和常数,但设计人员 也利用 PROM 来实现查找表和有限状态机等一些简单的逻 辑功能。实际上,利用 PROM 器件可以方便地实现任意组合 电路,这是通过一个固定的与阵列和一个可编程的或阵列组 合来实现的。一个具有三输入、三输出的未编程 PROM结 构如图 6-4 所示。在该结构中,与阵列固定地生成所有输入 信号的逻辑小项,而或阵列则通过编程,实现任意小项之和。
计算机硬件设计中的可编程逻辑器件
计算机硬件设计中的可编程逻辑器件计算机硬件设计中，可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices，简称PLD）扮演着至关重要的角色。
PLD是一种能根据特定需求重新配置的数字电路芯片，具备功能强大且高度灵活的特点。
本文将介绍PLD的概念、分类以及在计算机硬件设计中的应用。
一、PLD的概念可编程逻辑器件是一类电子元件，也被称为可重构逻辑器件（Reconfigurable Logic Device，简称RLD）。
它们是一种灵活的数字逻辑电路，能够根据用户需求进行重配置，扩展功能或适应新的设计要求，而无需更换芯片。
PLD包括了一组可编程逻辑单元，以及与之配套的编程软件。
编程软件主要用于设计和编写逻辑电路的描述，包括控制、组合逻辑和时序电路等。
通过编程软件将设计好的逻辑电路烧录到PLD芯片上，实现逻辑功能的定制化。
二、PLD的分类PLD主要分为三类：可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array，简称PLA）、可编程数组逻辑器件（Programmable Array Logic，简称PAL）和可编程门阵列（Programmable Gate Array，简称PGA）。
1. 可编程逻辑阵列（PLA）PLA由一组可编程逻辑单元、输入寄存器和输出缓存组成。
它的构成非常灵活，能够满足各种复杂逻辑功能的实现。
PLA的设计非常直观，可以通过矩阵和概览图进行表达，便于工程师进行设计和调试。
2. 可编程数组逻辑器件（PAL）PAL由一个可编程逻辑阵列和输出门阵列组成。
它的主要特点是输出门数组的编程结构比PLA简单，但功能相对较弱。
PAL适用于针对简单逻辑实现的设计，具有低功耗和快速响应的优势。
3. 可编程门阵列（PGA）PGA是一种功能非常强大的PLD，由多个可编程逻辑块、互联结构和输出寄存器构成。
PGA内部具有复杂的编程结构，使得它能够承载更加复杂的逻辑功能。
PGA广泛应用于计算机硬件设计中，尤其是在大规模集成电路（VLSI）中。
数字逻辑课件——可编程逻辑器件的概述
电路重构有两种方式：
被动重构—计算机重新下载编程信息文件 实现；
主动重构—上电时由HDPLD自动从目标系 统中配备的ROM（如PROM，EPROM， E2PROM）中获取编程信息实现。
ICR技术同样可在重构过程中使所有I/O端 口与目标系统的其他电路隔离，重构完成 后I/O端口恢复正常工作状态。
18
▪ 电擦除可编程器件的工作电源为5V，输入数据写命令 可以在芯片内部产生20 V的正脉冲，因此不需要编程 器。
▪ 器件可以不脱离电路，直接在目标系统中进行数据修 改，又称为在系统可编程。
▪ 为了在编程期间切断被编程器件与外电i路sp的E联N系，采
用ISP技术的PLD一般都有编程使能端口
。
19
▪ 编程时使ispEN 有效（低电平），被编程器件的所
▪ 要使负电荷擦除，可用紫外线照射SIMOS管，使负电荷形 成光电流释放。
图7-1-6 EPROM存储器
15
在芯片表面有供紫外线照射的 石英玻璃窗。
▪ 编程虽然可重复多次，但其信息的编程和擦除需 脱离电路系统在编程器或紫外线照射仪上进行。
▪ 照射时间约需15~20min，信息修改不方便。
图7-1-6 EPROM存储器
图7-1-5 PROM的存储元结构图
11
▪ 熔丝型器件的所有编程点在出厂时都连通。 ▪ 如果用户希望编程点断开，可以通以较大的电流使熔丝
烧断。 ▪ 反熔丝器件的核心是介质，阻抗很高（>100M），相
当于断开。编程时利用高电压将介质击穿，编程点接通。 ▪ 编程后不可恢复，是一次性的，但抗干扰性能好。适用
反之，编程点断开，相应位输出为0。
因此，交叉处设置有管子的单元存储1，没有管子的单元存 储0。
数字逻辑第八章+++可编程逻辑器件PLD
不带电 -截止 -存1
带负电 -导通 图8-９ 浮栅EPROM -存0 (a) 浮栅MOS管的结构 (b) EPROM存储单元
2012-10-13 22
EPROM典型芯片（27系列程序存储器）
芯片管脚功能 常用EPROM芯片介绍（编程、数据读出） 2764的编程 未用过的的2764芯片，内部内容均为FFH，若为已经用过的芯片，需 用紫外光照射射EPROM窗口15-20分钟方能擦除，只有全部内容均为FFH 才能予以编程。 标准编程方式：将EPROM插到专门的编程器上，Vcc加5V，Vpp加 要求的高电压(如+12.5V，+15V，+21V，+25V等)，而后加上要编程单元 的地址，数据线上加上要写入的数据，保持CE低电平，OE为高电平，上 述信号全部达到稳定后，在PGM端加上50±5ms的负脉冲，即可完成一个 单元的写入。每写入一个单元后，重复上次操作即可完成整个芯片的写入。 其它条件不变，使OE变成低电平，可以读出数据进行校验，也可以全部写 完再校验。若发现有错，可重写。标准方式编程的缺点是编程时间长,编程 时间太宽,可因功耗太大而损坏EPROM片。 快速编程方式：快速编程的出发点是用宽度很窄的编程脉冲(对2764, 其宽度为1-3ms)对各单元读写，全部写完一遍，再逐个单元校验，对写错 的单元可重复多次写,直至正确。由于不同型号和不同厂家的EPROM芯片 2012-10-13 23 的编程要求都略有差别。
2012-10-13 6
下图给出最简单的PROM电路图，右图是左图的简化形式。 编程连接点 固定连接点 （或） （与）
实现的函数为：
F1 A B A B
2012-10-13
F2 A B A B
F3 A B
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二、随机读写存储器（RAM）
双极型
RAM
静态MOS
MOS型
动态MOS
优点：读写方便，使用灵活；
缺点：断电后存于RAM的信息会丢失。
3
1、RAM的基本结构
地
址
地址码
译
码
器
存储 矩阵
读
输出信息
写
电
路
输入信息
读/写 控制 存储矩阵：由许多排列成阵列形式的存储元组成，每个存储元 能存储一位二进制数据（0或1），所以，存储元的数目决定了 存储器的容量。
14
（3）、画ROM阵列图；
真值表：
B3B2B1B0 G3G2G1G0
15
2）、字符发生器 基本原理：将字符的点阵预先存储在ROM中，然后，顺 序地给出地址码，从存储矩阵中逐行读出字符的点阵， 并送入CRT显示器即可显示出字符。 见教本P113！
3）、数学函数表（略）
16
四、可编程逻辑阵列
1、FPLA的结构特点 ROM的输入地址和存储的信息之间有着一一对应的关
如：存储矩阵有64行、64列，则存储矩阵的存储容量为 64*64=4096个存储元。
4
地址译码器：对外部输入的地址码进行译码，以便唯一地选 择存储矩阵中的一个存储单元（由一组有序排列的存储元组 成）。 读写电路：对选中的存储单元进行读出或写入操作。
2、地址译码方法
1）单译码结构
5
24条输出 线。
0 0 1 1 0 1 1 1 1 01
01 0 0 11 100 101 110
21010 11 10
3 01 01 0 1 10
4 11 1 0 0 1 11
1 1 1 5 01 0 1 1 1 01
地址Address 6 0 1 字0 Wo0rd 1 0 9
组成框图：
地 址 输 入
地 址 译 码 器
1、ROM的分类 见教本P107
1）、掩模式只读存储器； 2）、一次编程只读存储器（PROM）； 3）、多次改写编程的只读存储器； 4）、闪速存储器（FLASH）
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2、功能与框图
地址编码
存储的二进制数码
A2 A1 A0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
00 0 0 0 1 0 10 0 1
例5、用ROM实现4位二进制码到格雷码的转换。 解：见教本P112
（1）、列出二进制码转换为格雷码的真值表；见后! （2）、由真值表写出最小项表达式：
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）
G2 B3B2 B3B2 B3 B2
G1 B2B1 B2B1 B2 B1
二进制码:
1 0 1 1 G0 B1B0 B1B0 B1 B0
⊕0 1 0 1
19
格雷码:
11 1 0
式中共有7个与项，它们是：
P0 B 3
P1 B 3B 2
P2 B 3B 2
P3 B 2B1
从与项表示式，可得：
数字逻辑与数字系统 可编辑逻辑器 件
低密度的PLD器件的基本框图如图：它由输入缓冲、与功能、 或功能、输出缓冲等四部分功能电路组成。
根据与门阵列、或门阵列和输出结构的不同，低 密度的PLD又可分为四种基本类型： PROM(可编程只读存储器） FPLA（现场可编程逻辑阵列） PAL（可编程阵列逻辑） GAL（通用阵列逻辑） FPGA（现场可编程门阵列2 ）
系，它的与阵列必须是一个产生2n个输出的译码器。即产 生2n个最小项。为了提高芯片利用率，希望与阵列不一定 产生2n。
从阵列的角度描述，FPLA的特点是与阵列和或阵列 都可以编程。
2、FPLA实现组合逻辑 采用最简与-或式中的与项来构成与阵列，再用与项之或 来构成或阵列。
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用FPLA实现组合逻辑的框图：
地址输入 A1 A0 00 01 10 11
字输出 D3 D2 D1 D0 010 1 101 0 011 1 1 1 1 0 12
不难看出，字线W与位线D’的每个交叉点都是一个存储元。 交叉点处接有二极管相当于存“1”，没有接二极管相当于存 “0”。交叉点的数目也就是存储元数。
存储的容量用字数×位数来表示。
为4字×4位。
A1
ROM阵列结构示意图： A1
如本例ROM的容量
A0
字线和位线画成相互垂直 的一个阵列，字线与位线的
A0
每一个交叉点对应一个存储
元。交叉点上有黑点，表示
该存储元存“1”，无黑点的
交叉点表示该存储元存“0”。
W0 W1 W2 W3 D3 D2 D1
D013
4、ROM应用举例
1）、代码转换器 方法：将欲转换的m位代码送到ROM的地址输入端， 通过ROM，再输出n位转换后的代码。
输入
与ROM矩阵
或ROM矩阵
输出
例6、用FPLA实现4位二进制码到格雷码的转换。 解：4位二进制码转换为格雷码的真值表为：
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B3B2B1B0 G3G2G1G0
G3 B1B0
B3B2 00 01 00 0 0
01 0 0 11 1 1
11 10
11 10
00 00 11
11
得：G3=B3 同理可得：
P4 B 2B 1
6
3、存储器容量的扩充
1）、位扩展 2）、字扩展 3）、字位同时扩展
例、见教本P106，例1、2、3、4。
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三、只读存储器（ROM）
ROM电路（Read Only Memery）一种固定存放二进 制数码的存储器，一般情况下，只能读取它所存储的信息， 而不能改变它已存储的内容。
优点：具有不易失性，即断电不丢失信息；
存 储 体 （存储矩阵）
读放、选择电路
输入不同的地址码经地址
译码器译码，就能在存储器 的输出端读出相应的字。
字输出
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3、ROM的结构与工作原理 与门阵列
或门阵列
与门：Z=AB
Vcc
A Z
B
A
Z
B
或门： Z=A+B
-Vcc
图为：二极管R1O1 M
W 0 A1A0 W 1 A1A0 W 2 A1 A 0 W 3 A1A0
D3 W3 W1 A1A0 A1A0 D2 W3 W1 W0 A1A0 A1A0 A1A0 D1 W3 W2 W1 A1A0 A1A0 A1A0 D0 W2 W0 A1A0 A1A0
可得，ROM的真值表：
显然，每一条字线对应 输入变量的一个最小项。因 此，编程前，应把逻辑函数 写为与—或形式，或者列出 逻辑函数的真值表。编程时， 只需对或阵列进行编程即可。