2.3可编程逻辑阵列PLA7.2常用大规模专用集成电路一

7.2
常用大规模专用集成电路
二、分类 GAL器件按门阵列的可编程结构可分为两大类： 一类是与PAL基本结构相似的普通型GAL器件， 其与门阵列是可编程的，或门阵列是固定连接的 ，如20引脚的GAL16V8； 另一类是与PLA器件相类似的新一代GAL器件， 其与门阵列和或门阵列都是可编程的，如24引脚 的GAL39V8便属于这一类器件。
本章小结
学会总结很重要哦！
一、大规模集成电路进行数字系统逻辑设计 具有体积小、功耗低、可靠性高、易于设 计、便于调试和维护等一系列优点。 大规模集成电路的设计方式，可将其分 为非用户定制电路 (Non—custom designIC) 和用户定制电路(Custom design IC)。
本章小结
7.2
常用大规模专用集成电路
地址译码器、存储单元矩 阵和输出缓冲器三个组成 部分
一、ROM的分类 1．掩膜编程ROM
• ROM的电路结构 • ROM存储位模型
图 7.6
ROM存储位模型图
7.2
常用大规模专用集成电路
是由用户自行编程并 完成最后的制作程序
2．可编程只读存储器PROM • 可编程只读存储器的特点 • 存储位结构模型
输出F表示无任何输入项 与其相连，因此，该“与” 项总是处于“浮动”的逻 辑“1”
图7 ．5 PLD“与”门的缺省状态表示
全部连到某一“与” 项的情况
D AABB
7.2
常用大规模专用集成电路
5.常用PLD的主要类型： (1)只读存储器ROM (2)可编程逻辑阵列PLA (3)可编程阵列逻辑PAL (4)通用阵列逻辑GAL
常用大规模专用集成电路
W
0
0 0 0 0 1 1 1
一位十进制数的8421BCD码与余3码的转换真值表
C
0
0 1 1 0 0 1 1
B
0
0 0 0 1 1 1 1
D
0
1 0 1 0 1 0 1
X
0
1 1 1 1 0 0 0
Y
1
0 0 1 1 0 0 1
Z
1
0 1 0 1 0 1 0
A
1
1 1 1 1 1 1 1
7.2
7 ．2 ．2
常用大规模专用集成电路
只读存储器ROM (Read Only Memory)
是数字计算机和其它数字设 • 只读存储器的作用与功能 备的重要组成部件。是一种 在正常工作情况下只能读取 • 只读存储器的优点 而不能写入数据的存储器， 在计算机中主要用于存放执 行程序、数据表格和字符等 集成度高，具有不易丢失性，即供 电电源切断时，ROM中存储的信 息不会丢失。只读存储器存入数据 的过程，称为对ROM进行编程。
7.2
常用大规模专用集成电路
由—个可编程的“与”阵列 和一个固定连接的“或”阵 列组成。(包括输入、输出、 “与”项数目)是由生产厂家 固定的。
三、PAL器件的结构
(a)逻辑结构图 图7.13
(b)阵列逻辑图 PAL逻辑结构图
7.2
7 ．2 ．5
常用大规模专用集成电路
通用阵列逻辑GAL
一、简介 GAL(Generic Array Logic)器件是1985年由美 国LATTICE公司开发并商品化的一种新型PLD器件。 它是在PAL器件的基础上综合了E2ROM和CMOS技术 发展起来的一种新型技术。GAL器件比PAL功能更 强、性能更优越，具有PAL器件所没有的可电擦除、 可多次重新编程及可组态其结构的特点。这些特 点形成了器件的可测试性和高可靠性，且具有更 大的灵活性。
7.2
7 ．2 ．4
常用大规模专用集成电路
可编程阵列逻辑PAL
一、PAL(Programmable Array Logic)的优点 相对 ROM 而言更灵活，且易于完成多种逻辑功能， 同时又比PLA工艺简单，易于编程和实现。 二、PAL的分类 按输出和反馈结构，可将其分为5种基本类型: 1．专用输出的基本门阵列结构 2．带反馈的可编程I／O结构 3．带反馈的寄存器输出结构 4．加“异或”、带反馈的寄存器输出结构 5．算术选通反馈结构
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四位二进制码与格雷码的转换真值表
格雷码 G2 G1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0
B0
0 1 0 1 0 1 0
G3
0 0 0 0 0 0 0
G0
0 1 1 0 0 1 1
B3
1 1 1 1 1 1 1
二进制码 B2 B1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1
7.2
常用大规模专用集成电路
二、ROM的逻辑结构及工作原理 是由一个固定连接的与 1.ROM的基本结构 门阵列和一个可编程连 接的或门阵列所组成
(a)逻辑结构图
(b)阵列逻辑图
图7.9 可编程ROM的逻辑结构
7.2
常用大规模专用集成电路
三、采用ROM进行逻辑设计 1.采用ROM进行逻辑设计 首先根据逻辑要求列出真值表，然后把真 值表的输入作为ROM的输入，把要实现的逻辑函 数用对ROM“或”阵列进行编程的代码来代替， 画出相应的阵列图。 2.ROM的容量大小 通常，一个具有n位地址输入和m位数据输 出的ROM，其存储容量为2n×m(位)。图7．9(a) 所示ROM容量为2n×3=24(位)。
图 7.10
四位二进制码转换为格雷码的ROM阵列图
7.2
7 ．2 ．3
常用大规模专用集成电路
可编程逻辑阵列PLA
一、PLA的逻辑结构
PLA的逻辑结构与ROM类似，也是由一个“与” 阵列和一个“或”阵列构成。所不同的是它的“与” 阵列和“或”阵列一样是可编程的 二、PLA的存储容量 不仅与输入变量个数和输出端个数有关，而且还和它 的“与”项数(即与 门数)有关，其存储容量用输入变 量数(n)、与项数(p)、输出端数(m)来表示。如图6.11 所示PLA的容量为3—6—3
本章小结
六、 PAL(Programmable Array Logic) 由 — 个可 编程的“与”阵列和一个固定连接的“或”阵 列组成，是在 ROM 和 PLA 的基础上发展起来的一 种可编程逻辑器件。PAL编程简单，易于实现。 七、GAL(Generic Array Logic)器件是1985年由 美国LATTICE公司开发并商品化的一种新型PLD 器件。它是在PAL器件的基础上综合了E2ROM和 CMOS技术发展起来的一种新型技术。
4.电可改写只读存储器E2PROM • E2PROM特点 编程和擦除均可用电来完成,既能像 EPROM那样长期保存信息，又能 在在线情况下随时改写；既可单字 节改写，又可全片擦除改写。 • E2PROM的存储位结构
与 EPROM 相似， 但在浮栅 与漏极±间增加了一个隧道 管，使电荷可以在浮栅与漏 极之间双向流动
7.2
3.举例说明
常用大规模专用集成电路
例7．2 用PLA设计一个代码转换电路， 将一位十进制数的 8421BCD 码转换成余 3 码。 解 设A，B，C，D表示8421BCD码的各 位，W，X，Y，Z表示余3码的各位。可得 转换电路的真值表如表7.2所列。
7.2
表7.2
A
0
0 0 0 0 0 0 0
B
0
0 0 0 1 1 1 1
C
0
0 1 1 0 0 1 1
D
0
1 0 1 0 1 0 1
W
1
1 d d d d d d
X
0
1 d d d d d d
Y
1
0 d d d d d d
Z
1
0 d d d d d d
7.2
常用大规模专用集成电路
• 根据表 7.2 写出函数表达式，并按照多输出函 数化简法则用卡诺图进行化简后，可得如下最 简“与或”表达式
二、 PLD 由一个“与”阵列和一个“或”阵列组 成。目前常用的PLD有四种主要类型： 1．只读存储器ROM 2．可编程逻辑阵列PLA 3．可编程阵列逻辑PAL 4．通用阵列逻辑GAL 三、只读存储器ROM(Read Only Memory)是一 种在正常工作情况下只能读取而不能写入数据的 存储器，在计算机中主要用于存放执行程序、数 据表格和字符等。
B0
0 1 0 1 0 1 0
G3
1 1 1 1 1 1 1
格雷码 G2 G1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0G0Leabharlann 0 1 1 0 0 1 1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
7.2
常用大规模专用集成电路
• 将四位二进制码作为ROM的输入，格雷码作为 ROM的输出，可选容量为24×4的ROM实现给定 功能。根据表7．1，可直接画出该转换电路的 ROM阵列图，如图7.10所示。
7.2
常用大规模专用集成电路
(a)逻辑结构图 图7.11
(b)阵列逻辑图 PLA的逻辑结构
7.2
常用大规模专用集成电路
三、采用PLA进行逻辑设计 1.优点 可以十分有效地实现各种逻辑功能。相 对ROM而言，PLA更灵活、更经济、结 构更简单 2.用PLA设计组合逻辑电路步骤 (1) 将给定问题的逻辑函数按多输出逻辑函数的 就这么简单!!! 化简方法简化成最简“与或”表达式 (2) 根据最简表达式中的不同“与”项以及各函 数式的“与”项之和分别构成“与”阵列和 “或”阵列，并画出阵列逻辑图即可。
图 7.1
PLD的基本结构
7.2
常用大规模专用集成电路
3.描述PLD基本结构的逻辑符号、规则及约定（一）
（a）传统表示法 图7 ．2
（b）PLD表示法 PLD的与门表示法
逻辑关系
图7.3
PLD输入缓冲器
B A CA
7.2
常用大规模专用集成电路
4.描述PLD基本结构的逻辑符号、规则及约定（二） 输入缓冲器的互补输出全部连 到同一“与”项时，该“与” 项的输出总为逻辑“0”，这种 用标有“×”标记的 （a ） （b ） 与门输出来表示所 状态称为与门的缺省 (Default) 图7.4 PLD连接表示方式 有输入缓冲器输出 状态
7.2
• • • • •
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7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 PLD简介 只读存储器ROM 可编程逻辑阵列PLA 可编程阵列逻辑PAL 通用阵列逻辑GAL
7.2
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PLD从根本上改变了 7.2.1 PLD简介 1.PLD的诞生、发展及应用 系统设计方法，大大 简化了系统设计 2.PLD的基本结构 由一个“与”阵列 和一个“或”阵列 组成
熔丝熔断后则不 能再恢复，因此 PROM只能编程 一次，不能重复 使用
图 7.7
PROM存储位模型图
7.2
常用大规模专用集成电路
3.可擦可编程只读存储器EPROM 可以多次重复使用,是目前 • EPROM特点 使用最广泛的一类ROM • 存储位结构
图 7.8
EPROM存储位模型图
7.2
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W A BC BD
X BC BD BC D Y CD C D
ZD
由此可见，全部输出函数只包含9个不同“与” 项。所以，该代码转换电路可用一个容量为4— 9—4的PLA实现，其阵列图如图7.12所示。
7.2
常用大规模专用集成电路
图 7.12
一位十进制数的8421BCD码转换 成余3码的PLA阵列逻辑图
7.2
常用大规模专用集成电路
3.举例说明 例 7 ． 1 用 ROM 设计一个代码转换电路， 将四位二进制码转换为格雷（Gray）码。 解 设四位二进制码为B3、B2、B1、B0，四 位格雷码为G3、G2、G1、G0，其对应关系如表 7．1所列。
7.2
表7 ．1
B3
0 0 0 0 0 0 0 二进制码 B2 B1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1
第七章 大规模专用集成电路
本章内容介绍 本章主要对大规模专用集成电路 (如各种可编程逻辑器件 ) 进行介绍并 简要讨论它们 在逻辑设计中的应用 • 7.1 概 述 • 7.2 常用大规模专用集成电路 • 本章小节
7.1 概
• 大规模集成电路优点
述
采用大规模集成电路进行 • 大规模集成电路分类 数字系统逻辑设计具有体 积小、功耗低、可靠性高、 易于设计、便于调试和维 根据大规模集成电路的设 护等一系列优点 通用集成电路，具有生 计方式，可将其分为非用 产量大、使用广泛、价 户定制电路(Non—custom 格便宜等优点。 design IC)和用户定制电路 (Custom design IC)。 用户定制电路通常称 为专用集成电路
本章小结
四、ROM通常有一下几种类型： 1．掩膜编程ROM 2．可编程只读存储器PROM 3. 可擦可编程只读存储器EPROM 4. 电可改写只读存储器E2PROM 五、可编程逻辑阵列PLA(Programmable Logic Array) 由一个“与”阵列和一个“或”阵列构 成，是一种“与”阵列和“或”阵列均可编程的 逻辑器件。