基本知识点

概述

可编程逻辑器件的分类

可编程逻辑器件的基本结构

可编程逻辑器件编程

第四章 可编程逻辑器件

基本知识点

可编程逻辑器件的种类

PLA 、 PAL 、 GAL 的结构特点

EPLD 、 CPLD 、 FPGA 的基本概念

1 概述

从逻辑功能的特点上可将数字集成电路分为通用型和专用型两大类。

数字逻辑电路课程中所介绍的中、小规模集成电路都属于通用型，它们的逻辑功能比较简单，而且固定不变。

专用型数字集成电路（ ASIC———Application Specific Integrated Circuit ）是为某种专门用途而设计的集成电路。它不仅能减小电路体积、重量和功耗，而且使电路的可靠性大幅提高 ; 但是，在用量不大的情况下，设计和制造的成本很高，并且设计、制造和修订的周期均较长。

2 可编程逻辑器件的分类

一、可编程逻辑器件 PLD 的内部可编程情况

类型 与阵列 或阵列 输出电路

PROM 固定 可编程 固定

PLA 可编程 可编程 固定

PAL 可编程 固定 固定

GAL 可编程 固定 可组态

二、可编程逻辑器件的密度分类

3 可编程逻辑器件的基本结构

3Y ABCD A BC D

2Y AC BD

1Y A B

Y 0 = C ⊙D

一、现场可编程逻辑阵列（ FPLA ）的基本结构

时序逻辑型FPLA

的电路结构原理

图

二、可编程阵列逻辑（ PAL ） 1.PAL 的基本电路结构

1 1 2 3 2 3 4 1 3 4 1 2 4

1 1 2 2 3 3 4 4 1

3 1 2 1 2

4 1 2 1 2

Y I I I I I I I I I I I I

Y I I I I I I I I

Y I I I I

Y I I I I

编程后的 PAL 电路实现的函数为 ：

2.PAL 的输出电路类型 （ 1 ）专用输出结构

（ 2 ）可编程输入 / 输出结构

（ 3 ）寄存器输出结构

（ 4 ）异或输出结构

（ 5 ）运算选通反馈结构

三、通用阵列逻辑（ GAL ）

1.GAL 的电路结构

我们以常用的 GAL16V8 为例，介绍 GAL 器件的一般电路结构和工作原理。

GAL16V8 有一个 64×32 位的可编程与逻辑阵列，8 个 OLMC ， 10 个输入缓冲器， 8 个三态输出缓冲器和 8 个反馈 / 输入缓冲器。

2. 输出逻辑宏单元（ OLMC ）

四、可擦除的可编程逻辑器件（ EPLD ）的基本结构

1.EPLD 的基本结构 产品 AT22V10 的基本电路结构和 GAL 类似。

AT22V10 有两种不同的封装形式，即双列直插式（ DIP ）和表面安装式（ SMT ）。

EPLD 由于采用 CMOS 工艺，所以它功耗低、噪声容限大。又由于采用 UVEPROM 工艺，以叠栅注入 MOS 管作编程单元，所以它具有能够改写、可靠性高、集成度高、造价低的特点。目前 EPLD 的集成度可达每片 1 万门以上。

2.EPLD 的输出逻辑宏单元

EPLD 的 OLMC 中的 D 触发器增加了预置和置零功能，从而增加了使用灵活性。预置和置零工作方式可分为两大类 : 一类为同步工作方式，另一类为异步工作方式。

五、现场可编程门阵列（ FPGA ）的基本结构

4 可编程逻辑器件编程

1. 开发系统的硬件

硬件部分包括计算机和编程器。计算机用目前一般配置的 PC 机就可以了。编程器是对 PLD 进行写入和擦除的专用装置，能提供写入或擦除操作所需要的电源电压和控制信号，并通过串行接口从计算机接收编程数据，最终写进 PLD 中。目前生产的编程器都有较强的通用性，可以对多种类、多型号的 PLD 器件进行编程。

2. 开发系统的软件

PLD 的编程工作可以按如下步骤进行 : （ 1 ）进行逻辑抽象。

（ 2 ）选定 PLD 的种类和型号。（ 3 ）选定开发系统。（ 4 ）按编程语言的规定格式编写源程序。（ 5）上机运行。（ 6 ）卸载。（ 7）测试。