PLD及其应用

W7

FA FB
1



FC
{end}
GAL器件的基本结构(1)
总体介绍
以普通型GAL16V8为例，说明GAL 器件的结构组成。
输入缓冲器（左边8个） 对输入信号提供原变量和反变量， 并送到与门阵列。 输出缓冲器（右边8个） 提供输出信号和反馈信号，后者 包括本级和相邻级。 输出反馈/输入缓冲器(中间8个) 本级输出或邻级输出作为输入信 号送到与门阵列，以便产生乘积项。
紫外线可擦除EPLD
电可擦除EEPLD
PLD的结构与特点（4）
PLD的分类 开发工具成本高， 设计较复杂
采用可编程输出 “与”阵列固定 存贮器(ROM,RAM) 逻辑宏单元，功 “或”阵列可编程 能更全面，性能 “与”阵列可编 可编程逻辑阵列PLA 更灵活 程 “或”阵列可编 按不同阵列的 程 “与”阵列可编 可编程阵列逻辑PAL 可编程性 程 “或”阵列固定 通用阵列逻辑GAL 在系统可编程器件ISP 高 密 现场可编程逻辑器件FPGA 度
F3 A B C D AB C D F4 A B C D ABCD
解： 将以上各式化成最小项之和的形式，即
F1 AB CD AB CD A B C D A B C D A BCD ABCD F2 ABCD A BC D A BCD
F3 A B C D AB C D F4 A B C D ABCD
输出多路 开关
输出多路开关OMUX（二选 一）：控制直接由组合电路输出 还是寄存器输出。
反馈多路 开关
GAL器件的基本结构(6)
乘积项多 路开关 多路开关的状态，取决于 结构控制字中AC0和AC1(n) 位的值，这些值可通过编程 决定。 如：AC0 AC1(n) --控制输出多路开关
三态多路 开关
构成字符发生器
构成波形发生器
将字符的点阵预先存储在ROM中，然后顺序给出地址码， 从存储矩阵中逐行读出字符的点阵，并送入显示器即可显示出 字符。
ROM的应用（6）
ROM阵列
结构表示 例1:试写出如图所示 ROM阵列中所有存储的逻辑函 数 L1、 L2 、L3 和 L4 的表达式。
A A B B
或门
触发器
异或门
GAL器件的基本结构(5)
◆ 4个多路开关 乘积项多路开关PTMUX （二选一）：控制或门的第一乘 积项来自与阵列或为“0”。 三态多路开关TSMUX（四 选一）：控制三态门输出，有四 种情况。 反馈多路开关FMUX（四选 一）：控制反馈信号来源，有四 种情况。
乘积项多 路开关
三态多路 开关
简单模式 寄存器模式 复合模式
1
0 0
1
1
1 1 0
反馈组合输出
组合+寄存器输出 寄存器输出 {end}
1
GAL器件的应用与开发(1)
GAL器件的开发工具
硬件开发工具
-----编程器
软件开发工具 ----开发PLD专用的程序设计语 言及相应的汇编或编译程序 Fast-Map(FM)、ABEL、VHDL等




解：
“与” 阵列
L1 L2 L3 L4
L1 AB
L2 A B
“或” 阵列


L3 A B AB
L4 A B A B
A B A B AB A B
ROM的应用（7）
例2：试用ROM产生以下一组多输出逻辑函数
F1 AB C A B C BCD F2 ABCD A BD
{end}
PLD的结构与特点（5）
PLD器件的电路表示方法 基本逻辑单元的表示 输入/反馈缓冲器
BA A
采用互补 输出结构
CA
F
“与”门
A B C
F ABC
“或”门
A B C
F
F A B C
PLD的结构与特点（6）
PLD器件的电路表示方法 阵列交叉点的逻辑表示

硬性连接
GAL器件的基本结构(3)
输出逻辑宏单元（OLMC）
共8个，每个OMLC是一个逻辑 单元，其中有或门、触发器、多路 开关。 通过编程，GAL16V8最多有16 个引脚作为输入端，8个输出端。
GAL器件的基本结构(4)
OLMC内部结构
◆ 一个或门 每个OLMC中有一个或门。 或门有8个输入，每个输入是 由与门阵列输出的一个乘积项， 而或门输出是8个乘积项之和。 采用异或门来控制或门输 出信号的极性:即当XOR(n)=1 时，异或门起反相器的作用。 当XOR(n)=0时，异或门起同 相器的作用 ◆ 一个触发器 触发器可用来保存组合逻 辑函数输出值。一片GAL16V8 共有8个触发器。
引脚名表
逻辑方程
关键字
DESCRIPTION
Y A / B / A B
最后一行
“非”运算
GAL器件的应用与开发(4)
GAL器件的开发应用举例
-----举例说明FM软件源文件的编写 例:试用GAL器件实现6个基本逻辑门:“与”门、“或”门、 “与非”门、“或非”门、“异或”门和“同或”门。 解： (1)根据任务要求选择GAL器件,定义器件的引脚功能 12个输入、6个输出
A1 A0 Wi D3 D2 D1 D0 1 0 0 1 -----以 22 4 二极管ROM为例 W0 的工作原理 0 0 ROM 0 1 W1 0 1 1 0
1 0 1 1
wenku.baidu.com
W2
W3 A1
A0
1 1 0 1 地址 0 0 1 1 线
1
1
字线
W0 A1 A0
W1 A1 A0
二进 制译 码器
计算机初始引导和加载程序的固化，微程序控制器的设计， 字符图形发生器的设计，控制系统中用户程序的固化等等。 这些应用中主要是固化程序和数据，以提高系统应用的方便 性、可靠性和安全性。
产生多输出逻辑函数
由于ROM的地址译码器输出是全部输入变量的最小项，每 一位数据的输出是这些最小项之和，因此任何形式的组合逻辑 函数均能通过向ROM写入数据来实现。
1 0 A1 1 A 0 1

“与”阵 (固定) 列
D3 W0 W2
D2 W1 W2
D1 W1 W3
D0 W0 W2 W3
“或”阵 列 (可编程)


D3 D2 D1 D0
{end}
ROM的应用（5）
ROM的应用范围 计算机系统中的应用
数字逻辑器件的分类
标准产品 (逻辑门、触发器、译码器等） （微处理器、单片机等） 由软件配置的LSI器件
专用集成电路ASIC (Application Specific Integratal Circuit)
全定制 半定制 可编程逻辑器件PLD (Programmable Logic Device)

编程连接
断开单元
PLD的结构与特点（7）
PLD器件的电路表示方法 实例 写出如图所示PLD电路的输出逻辑表达式
A1 A1 A0 A0 A1

A1 A0 A1 A0
F A1 A0 A1 A0
A0
{end}
ROM的应用（1）
ROM
----只读存贮器（Read Only Memory) 主要用于计算机系统固定信息的存储
0 1 0 0 0 0 0 0
FC A B C
ROM的应用（10）
FA AB C AB C ABC ABC
ROM阵列为：
W0 W1
FB A BC A BC
FC A B C
W3
W4
W2
A B
1 1


C


W5

W6
二极管ROM
ROM的分类
按构成存储单 ROM存入 元的元件分类 数据的过程 称为编程 掩模式ROM
晶体管ROM
MOS管ROM
一次编程ROM(PROM)
按编程方式 多次改写编程ROM 分类 闪速存储器FLASH
光擦编程ROM(EPROM) 电擦编程ROM(EEPROM) 电改写ROM(EAROM)
ROM的应用（2）
位线
E
W2 A1 A0
W3 A1 A0
D3 D2 D1 D0
ROM的应用（4）
地址 字线 数据(位线)
A1 A0 Wi W0 W1
W2
D3 D2 D1 D0
ROM的PLD表示

W0 W1 W2 W3
0 0 1 1
0 1 0 1
W3
1 0 1 0
0 1 1 0
0 1 0 1
地址译码器
ROM的基本结构
地址 线
A0 A1
存贮矩阵 输出缓冲器
字线
存贮容量
W0 W 地址 1 译码 存贮矩阵 器 An1 W2n 1

2 m
210 m 1K m
n
输出缓冲器

位线
Dm1
D1 D0
地址 ROM 字线 数据 (位线) 3） 的应用（
GAL器件的应用与开发(3)
FM设计源文件(*.PLD)格式
输出引脚名 逻辑表达式 SYMBOL =EXPRESSION SYMBOL: =EXPRESSION SYMBOL.OE =EXPRESSION
器件型号
第 1行
第2~4行 第 5行
Y AB A B
三种形式的逻辑方程式
设计说明信息
输出多路 开关
0
输出为异或门输出 反馈多路 开关
1
输出为触发器输出
GAL器件的基本结构(7)
工作模式
OLMC的结构控制字 同步控制字 结构控制字 ----通过结构控制字可确定OLMC的五种结构
SYN OLMC的工作模式 AC0 AC1(n) 配置功能 输入模式 专用组合输出
1 1
0 0
1 0
A B
W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15
1
C
D
1
1 1




解： 列真值表 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B C FA 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1
FB
FC
写出逻辑函数式
FA AB C AB C ABC ABC FB A BC A BC
0 0 1 1 0 0 0 0
ROM的应用（8）
F1 AB CD AB CD A B C D A B C D A BCD ABCD F2 ABCD A BC D A BCD 要实现以上一组多输出逻辑函 F3 A B C D AB C D 数，所需ROM的存储容量为： F4 A B C D ABCD 24 4 ROM阵列为：
PLD的结构与特点（2）
PLD的基本结构 输 乘 积 入 积 和 输入 项 “与” 项 “或” 项 输出 控制 阵 阵 控制 电路 列 列 电路
数据 输入
数据 输出
反馈 输出
PLD的结构与特点（3）
PLD的分类 按集成密度 低密度PLD 高密度PLD(HPLD) 一次性编程PLD 按制造工艺
GAL器件的应用与开发(2)
GAL器件的开发软件
Fast-Map
(FM)语言 ----只允许使用逻辑表达式描述设计,没有仿真功能
列表文件(.LST) 设计源文件和PLD引脚配置图 熔丝图文件(.PLT) 供设计者阅读的编程模式图 标准装载文件(.JED) 存放对PLD编程的数据
FM.EXE *.PLD (设计源文件)



F1 F2 F3 F4
ROM的应用（9）
例3:试用8×4位ROM实现一个排队电路.电路的功能是输入信号 A、B、C，通过排队电路后分别由 FA、FB 、 FC 输出，但在同一 时刻只能有一个信号通过，如果同时有两个或两个以上的信号输 入时，则按A、B、C的优先顺序通过。
GAL器件的基本结构(2)
时钟输入信号缓冲器（引脚1） 可以提供时钟信号；也可以作为 输入信号。 输出选通信号缓冲器（引脚11） 用来提供输出三态门的控制使能 信号。 与门阵列 8×8=64个与门组成，最多形成 64个乘积项，每个与门有32条输入 线（16个原变量，16个反变量）， 但每一个变量在编程时只能取其一， 故每个与门（一个乘积项）的实际 最大变量数为16。
第7章 可编程逻辑器件及其应用
§7.1 PLD的结构与特点
基本结构与分类
PLD器件的电路表示方法
§7.2 ROM的工作原理与应用
ROM的组成与原理
ROM的应用
第7章 可编程逻辑器件及其应用
§7.3 通用阵列逻辑器件GAL
GAL器件的基本结构 GAL器件的应用与开发
{end}
PLD的结构与特点（1）