PLD及其应用

ROM的分类
ROM存按元入构的成元存件储分单 类 数据的过程 称为编程
掩模式ROM
二极管ROM 晶体管ROM MOS管ROM
一次编程ROM(PROM)
按编程方式
光擦编程ROM(EPROM)
分类 多次改写编程ROM 电擦编程ROM(EEPROM)
电改写ROM(EAROM)
闪速存储器FLASH
ROM的应用（2）
在系统可编程器件ISP 高
现场可编程逻辑器件FPGA
密 度
{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
A
BA CA
采用互补 输出结构
“与”门 “或”门
ABC ABC
F F ABC F
F ABC
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
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
A1A0
A1A0
A0 F A1A0 A1A0
{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
地址译码器
ROM的基本结构
存贮矩阵
地址 线
字线
输出缓冲器
A0
A1
An1
W0
地址 W1 译码
器
W2n 1
存贮矩阵
存贮容量
2n m
210 m 1K m
输出缓冲器
Dm1
D1 D0
位线
地址 R字O线M数的据应(位用线（) 3）
A1 A0 Wi D3 D2 D1 D0
0 0 ROWM0 的1工0作0原1理 -----以 22 4 二极管ROM为例
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
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
器件型号
第1行 三种形式的逻辑方程式
设计说明信息 引脚名表
逻辑方程 关键字
DESCRIPTION
第2~4行 第5行
Y AB AB
PLD的基本结构
数据 输入
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)
按制造工艺
一次性编程PLD 紫外线可擦除EPLD 电可擦除EEPLD
PLD的结构与特点（4）
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
0 输出为异或门输出
1 输出为触发器输出
反馈多路 开关
三态多路 开关
输出多路 开关
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
••
••
C 1 • ••
• • ••
•
1•
•
•
•
FA FB 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。
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。
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。
解： 列真值表
A B C FA FB FC 0 0 0 00 0 0 0 1 00 1 0 1 0 01 0 0 1 1 01 0 1 0 0 10 0 1 0 1 10 0 1 1 0 10 0 1 1 1 10 0
0 1 W1 0 1 1 0
1 0 W2 地1址1 0 1 1 1 W3 线0 0 1 1
字线
A1 1
A0 1
二进 制译 码器
W0 A1 A0 W1 A1 A0 W2 A1 A0 W3 A1A0
位线 E
D3 D2 D1 D0
ROM的应用（4）
地址 字线 数据(位线)
A1 A0 Wi D3 D2 D1 D0
----通过结构控制字可确定OLMC的五种结构
SYN
➢OLMC的工作模式 1
简单模式
1
寄存器模式 1
0 复合模式
0
AC0 AC1(n) 配置功能
01
输入模式
00
专用组合输出
11
反馈组合输出
1 1 组合+寄存器输出
10
寄存器输出
{end}
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
开发工具成本高，
PLD的分类
设计较复杂
按不同阵列的 可编程性
存 可编贮程器逻(RO辑M阵,R列AMP)LA采逻能““辑更用与或“ 程 “宏全可 更””与 或单面编灵阵 阵” ”程元，活列 列阵 阵输性，固 可列 列出能功定 编可 可程编 编
可编程阵列逻辑PAL
“程与”阵列可编 程“或”阵列固定
通用阵列逻辑GAL
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）
B C D E
空格分开，不用引VAC脚C 用GAL16V8
0 0 W0 1 0 0 1 0 1 W1 0 1 1 0 A1 1 0 W2 1 1 0 1 A0 1 1 W3 0 0 1 1
ROM的PLD表示
•• ••
• • ••
“与”阵 列(固定)
D3 W0 W2 D2 W1 W2 D1 W1 W3 D0 W0 W2 W3
W0 W1 W2W3
SYMBOL =EXPRESSION
SYMBOL: =EXPRESSION
Y A / B / A B SYMBOL.OE
最后一行
=EXPRESSION
“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、
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
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
FM.EXE
*.PLD (设计源文件)
列表文件(.LST) 设计源文件和PLD引脚配置图
(2)分析输入、输出的逻辑关系，给出
电路的逻辑描述
B
VCC
C
A
D
&
U
U AB
E
1
V
F
V CD
G
&
W
H
1
X
W EF
I
=1
Y
X GH
J GND
=1
Z
L
Y I J IJ IJ
K
Z K L K L KL
GAL器件的应用与开发(6)
引顺脚序名排按列器，件引脚引名脚之号(3间递)根用增据FM开发软计件源的文语件法格式，编写设
数字逻辑器件的分类
标准产品 (逻辑门、触发器、译码器等）
由软件配置的LSI器件（微处理器、单片机等）
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)
PLD的结构与特点（2）
“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
Io / CP I1
1
GAL16V8
B C
D
20 FV7CC
E F
G
VCC A
&
U
1
V
&
W
H
1
X
I8 GND
10
11 IF90
Байду номын сангаас
I J GND
=1
Y
=1
Z
L
K
GAL器件的应用与开发(5)
（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。
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
三态多路 开关
输出多路 开关
GAL器件的基本结构(6)
➢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。
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。
ROM阵列 例1:试写出如结图构所表示示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” 阵列
•• •
•
••
• •
解：
“与” 阵列
L1 AB
L2 A B
L1 L2
L3 AB AB
L3
L4 A B A B
L4
A B A B AB AB
ROM的应用（7）
W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15
A
••••••••
B
1
••• •• ••• ••••
••••
C
1
•
•
• •
••
•
•
•
•
• •
• •
••
D
1 •• •
•• ••
•• ••
•
•
• •
•
1• •
•••••
•
F1 F2
F3 F4
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。
触发器 或门
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
乘积项多路开关PTMUX
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。
构成字符发生器
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。
构成波形发生器
ROM的应用（6）
例2：试用ROM产生以下一组多输出逻辑函数
F1 ABC A B C BCD F2 ABCD ABD F3 A B C D AB C D F4 A B C D AB CD
解： 将以上各式化成最小项之和的形式，即
F1 ABCD ABCD A B C D A B C D ABCD ABCD F2 ABCD ABC D ABCD F3 A B C D AB C D F4 A B C D AB CD
D3
“或”阵
D2
列(可编程)
D1 D0
{end}
ROM的应用（5）
ROM的应用范围 计算机系统中的应用
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
ROM的应用（8）
F1 ABCD ABCD A B C D A B C D ABCD ABCD
F2 ABCD ABC D ABCD 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 AB CD
24 4
ROM阵列为：
写出逻辑函数式
FA AB C ABC ABC ABC FB ABC ABC FC A BC
ROM的应用（10）
FA AB C ABC ABC ABC
ROM阵列为：
FB ABC ABC
FC A BC
W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7
A
••••
1 •• • •
B