可编程逻辑实验

1、 上海交通大学电工及电子技术实验中心上海交通大学电工及电子技术实验中心EDAEDA经历了几次大的进步经历了几次大的进步l70年代，EDA工具供应商只有几家，产品几乎全部面向LSI或PCB布线设计。例如，现在常用的TANGO软件就属于PCB布线软件。这一时期的EDA一般称为电路CAD（计算机辅助设计）。EDAEDA经历了几次大的进步经历了几次大的进步l80年代，开始供应带电路图编辑工具和逻辑模拟工具的EDA软件，这个时期的EDA是以数字电路分析工具为代表，主要解决电路设计没有完成之前的功能检验问题。EDAEDA经历了几次大的进步经历了几次大的进步l进入90年代，乃至目前使用的EDA软件是第三代E

2、DA软件。以逻辑综合、硬件行为仿真、参数分析和测试为重点。设计工具门类齐全，能够提供系统设计需要的全部工具，如描述设计意图的设计输入工具、具有逻辑综合和设计优化能力的设计工具以及验证设计和评估性能的仿真工具，能够在系统级、电路级和RTL及门级进行设计描述、综合和仿真。印刷电路板LSI布线设计电路图输入逻辑模拟逻辑综合H D L 模拟 参数分析自动测试设计19751980198519901995CADCAE自顶向下设计EDA技术的发展趋势EDA技术的发展趋势CAD：Computer Aided Design EDA：Electronic Design Automationl可编程器件 l基于芯片

3、的设计方法l以计算机为操作平台lEDA软件工具l确定目标l设计电路原理图 考虑因素：设计者经验（直接设计、利用真值表、现有的电路模块）、可获得的元器件、尽可能少地使用元件、制图规范，美观 （用电路图设计软件，如PROTEL、ORCAD、PSPICE等).l审核、修改电路原理图 （电路仿真软件，WORKBENCH等）l设计、制作印刷电路板 （利用相应的软件完成从原理图到印刷板的自动或半自动布线）l购置元器件、焊接、调试调试中发现问题，重复步骤3-5三人表决器电路三人表决器电路真值表真值表A B C F0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0

4、11 1 1 1F=AB+BC+CAABCF输入电路与阵列或阵列输出电路输入项乘积项或项输入输出 PLD的基本结构框图 PLD的基本结构框图可编程可编程ASIC器件（器件（PLD）l电路主体是“与阵列”和“或阵列”l可以直接输出，也可通过寄存器方式按可编程的部位分类按可编程的部位分类PLD 的分类分类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111&111213010203与阵列(固定)或阵列(可编程) PROM的阵列结构 PROM的阵列结构111&111213010203与阵列(可编程)或阵列(可编程) PLA的

5、阵列结构 PLA的阵列结构111&111213010203与阵列(可编程)或阵列(固定) PAL(GAL)的阵列结构 PAL(GAL)的阵列结构CPLD 复杂可编程逻辑器件 （Complex Programmable Logical Devices)l一个CPLD含有多个逻辑元件块（PLD）l每个逻辑块间的接线是可编程的l运行速度比FPGA快l功耗较大CPLD CPLD 结结 构构 方方 框框 图图逻辑方块逻辑方块逻辑方块逻辑方块逻辑方块逻辑方块逻辑方块逻辑方块可规划之互接线I/OI/OFPGAFPGA（XilinxXilinx 公司为代表）公司为代表） 现场可编程门阵列 （Field

6、 Programmable Gate Array)l 逻辑功能块粒度小l 类似门阵列的连线通道和逻辑功能块结 构l 逻辑元件使用率高l 寄存器较多 可编程可编程ASICASIC器件的编程元件器件的编程元件l熔丝型开关l浮栅编程技术l基于SRAM的编程元件熔丝型开关熔丝型开关l只允许对器件编程一次,编程后不能修改.l集成度、工作频率和可靠性很高.l适用于电磁辐射干扰强的恶劣环境.浮栅编程技术浮栅编程技术l基于2ROM存储器的可编程器件能够重复编程100次以上l系统掉电后编程信息也不会丢失l可用在系统编程的方法l可设置加密位、节能方式等工作条件基于基于SRAMSRAM的编程元件的编程元件l编程数据

7、存储于器件的RAM区中l掉电时RAM中数据会丢失l编程数据平时存储在EPROM、磁盘中l系统加电时将这些编程数据即时写入可编程器件的RAM中电路原理图输入方式与下载l与传统的设计方法相近，电子工程师容易接受l简捷、直观l设计者需要熟悉元器件功能l适合于用中规模通用模块来设计电路l对于复杂电路的设计，十分困难甚至难以实现l与传统的设计思考方式完全不同的崭新思维方式l类似高级程序语言l设计较少依赖对元器件的熟悉程度l容易进行复杂电路的设计(适合某些不通用的控制器电路)lHDL(Hardware Description Language)硬件描述语言lAHDL(Altera Hardware Des

8、cription Language)lABEL-HDLlVHDL简易数字钟时显示分显示秒显示喇叭24count.gdf7segment.tdf60count.gdf7segment7segmentspeak.gdf60count.gdf60count按键控制按键控制24count60count按键控制层次化设计示意图 在系统编程芯片在系统编程芯片EPM7128S-15EPM7128S-15基基 本本 结结 构构l低密度、高性能CMOS可编程逻辑器件之一。l84脚的PLCC封装。l4个直接输入2，1，84，83和64个I/O引脚。（I/O引脚既可作为输出、又可作为输入）lTMS、TDI、TDO、

9、TCK是在系统编程信号，在系统编程之后，四个信号不可作为I/O引脚。l 8个相似的逻辑阵列块LAB（Logic Array Block)。每个LAB有16个宏单元 (Macrocell） 2个独立的全局时钟和一个全局清除.每个宏 单元有一个寄存器。l 一个可编程连线阵列（PLA）.l 多个输入/输出控制块（I/O Block）.JDEE-7 JDEE-7 在系统可编程器件实验箱在系统可编程器件实验箱 面面 板板 图图D1D2D3D4D5D6speakerEPM7128sSwitch1扩展槽 编程口4M晶振 555Switch3Switch2KEY1 KEY2 KEY3 KEY4KEY8KEY5

10、 KEY6 KEY7LED0 LED1 LED2 LED31234JDEE-7JDEE-7在系统可编程器件实验板在系统可编程器件实验板 J JD DE EE E- -7 7在在 系系 统统 可可 编编 程程 器器 件件 实实 验验 箱箱 引引 脚脚 说说 明明一 、 数 码 管 ( 七 段 及 点 )的 引 脚ABCDEFGDotD11815161720212212D288146109115D37370757680777974D46361656469676860D55250545557565851D64140444548464939二、发光二极管的引脚LED0LED1LED2LED31201811822215981321161064121745三、微动开关的引脚K1K2K3K4K5K