电工与电子技术项目十一课件

1、了解可编程逻辑器件的种类；了解数字电路的发展趋势。知识目标：可编程逻辑器件实现计数器学习目标学习目标掌握仿真软件中可编程逻辑器件的识别；能使用仿真软件在仿真中用可编程逻辑器件实现计数器。技能目标：可编程逻辑器件实现计数器 随着集成电路和计算机技术的发展，数字电路系统经历了分立元件、SSI、MSI、LSI和VLSI的过程。20世纪80年代进入专用集成电路ASIC（application specific integrated circuit）时代，ASIC是专为某一数字系统设计、生产的集成电路，也可称为定制集成电路。项目分析可编程逻辑器件实现计数器 制作ASIC的方法可简单地分为两大类：一类是定

2、制生产，由半导体生产厂家根据用户或市场的需要来制造专用的集成电路；另一类则是现场可编程方法，由设计者以某种方式，利用半导体厂商生产的可编程逻辑器件PLD（programmable logic device）芯片制作。可编程逻辑器件是EDA（electronic design automation，电子设计自动化）技术的硬件基础。项目分析可编程逻辑器件实现计数器可编程逻辑器件实现计数器 本项目通过仿真的方式，介绍可编程逻辑器件的基本知识。 可编程逻辑器件实现计数器项目要求完成的技术指标如下。 （1）仿真实现PLD模块的编辑。 （2）用PLD模块实现六十进制计数器。 本项目需要完成下列内容。 （1

3、）完成对可编程逻辑器件基本知识点的了解。 （2）完成仿真PLD模块的编辑。 （3）完成用PLD模块实现六十进制计数器的仿真调试。 要完成可编程逻辑器件实现计数器的设计，相应的知识环节如图11-1所示。可编程逻辑器件实现计数器可编程逻辑器件实现计数器任务一 认识可编程逻辑器件 一、可编程逻辑器件的发展 （1） 20世纪70年代初期:第一种PLD可编程只读存储器(PROM)问世。PROM由一个“与”阵列和一个“或”阵列组成，“与”阵列是固定的，“或”阵列是可编程的。 （2） 20世纪70年代中期：出现了可编程逻辑阵列(PLA)，PLA同样由一个“与”阵列和一个“或”阵列组成，但其“与”阵列和“或”

4、阵列都是可编程的。任务一 认识可编程逻辑器件 （3） 20世纪70年代末期：出现了可编程阵列逻辑(PAL)器件。PAL器件的“与”阵列是可编程的，而“或”阵列是固定的，它有多种输出和反馈结构，因而给逻辑设计带来了很大的灵活性。但PAL器件一般采用熔丝工艺，一旦编程后便不能改写。 （4） 20世纪80年代中期: 通用阵列逻辑(GAL)器件问世。GAL器件采用高速电可擦除CMOS工艺，能反复擦除和改写。特别是在结构上采用了“输出逻辑宏单元”电路，使一种型号的GAL器件可以对几十种PAL器件做到全兼容，给逻辑设计者带来了更大的灵活性。任务一 认识可编程逻辑器件 （5） 20世纪90年代:产生了在系统

5、编程(ISP)器件。在系统编程是指用户具有在自己设计的目标系统中或线路板上为重构逻辑而对逻辑器件进行编程或反复改写的能力。ISP器件为用户提供了传统的PLD技术无法达到的灵活性，带来了极大的时间效益和经济效益，使可编程逻辑技术发生了实质性飞跃。二、可编程逻辑器件的分类和表示方法 可编程逻辑器件指的是一个集成电路群的集合名称，它包括了PAL、GAL、EPLD、EPGA等，统称为PLD。但有的公司把自己生产的一个具体的品种也称为PLD，则该公司的PLD被包括在我们介绍的PLD之中，是其中的一种器件。任务一 认识可编程逻辑器件 （一）可编程逻辑器件的分类任务一 认识可编程逻辑器件 任务一 认识可编程

6、逻辑器件 （二）可编程逻辑器件的表示方法 1.PLD的连线方式 (1)“”表示该点是固定连接点。 (2)“”表示该点为用户可自定义的编程点。 (3)既无“ ”也无“”处，表示该点是断开的，或是在编程时被擦除的。任务一 认识可编程逻辑器件 2.PLD中逻辑门电路的表示法 (1)多输入端与门。 (2)多输入端或门。任务一 认识可编程逻辑器件 一、可编程只读存储器PROM任务二 可编程逻辑器件的工作原理（一）只读存储器ROM ROM是固定结构的存储器，它由工厂按需要存储的内容用掩膜光刻的方法生产出来。用户不能改变所存内容，即不能写入，只能读出，故而得名。所有ROM的电路结构都包含地址译码器、存储单元

7、矩阵和输出缓冲器三个部分。任务二 可编程逻辑器件的工作原理（二）可编程只读存储器PROM PROM是在固定ROM的基础上发展起来的，它针对ROM存储内容不能改写的缺点进行了改进，使设计人员可以根据自己的需要来确定其存储内容，但基本原理不变。PROM器件从物理结构上是双极型结构，其中又分为熔丝型和结破坏型。二、可编程逻辑阵列PLA任务二 可编程逻辑器件的工作原理 PLA器件由“与”和“或”两级可编程阵列组成。通过适当配置阵列网格点上的二极管,“与”阵列实现输入变量或输入反变量的任意逻辑积,“或”阵列实现这些变量的任意逻辑和。PLA器件的基本结构如图11-6所示。任务二 可编程逻辑器件的工作原理任

8、务二 可编程逻辑器件的工作原理三、可编程阵列逻辑PAL任务二 可编程逻辑器件的工作原理 PAL器件由可编程的“与”阵列、固定的“或”阵列和灵活多变的输出电路三部分组成。使用者不但可以通过对“与”逻辑阵列编程得到各种组合逻辑电路,还可以通过选择输出电路中的触发器和反馈线构成不同形式的时序电路。由于PAL器件品种较多,本项目只介绍PAL器件的基本结构。任务二 可编程逻辑器件的工作原理四、通用阵列逻辑GAL任务二 可编程逻辑器件的工作原理 PAL器件已经给逻辑设计者带来了很大的灵活性,但是PAL器件采用熔丝工艺,一旦编程（烧录）后便不能改写。另外,虽然PAL器件的输出结构有多种形式,但对每一种型号的

9、PAL器件来说,其输出结构是固定的,用户不能改变,且型号太多,通用性差,使设计者在选择最佳型号时遇到困难。任务二 可编程逻辑器件的工作原理五、现场可编程门阵列FPGA （1） FPGA/CPLD器件的集成度高、功能强。目前单片FPGA/CPLD的逻辑门数已达到十万门，完全可以满足芯片内集成系统的要求。 （2） FPGA/CPLD器件可靠性高、保密性好、重量轻、体积小、功耗低、速度快。 （3） FPGA/CPLD器件具有可编程性和实现方案容易改动性,使得电路设计周期短,占领市场速度快。任务二 可编程逻辑器件的工作原理 （4） 用FPGA/CPLD器件所设计的电子系统,研制和开发成本相对较低。一方

10、面,FPGA/CPLD芯片在出厂之前都做过测试,不需要设计人员承担投片风险和费用；另一方面,设计人员只需在自己的实验室通过相关的软件来完成设计,节约了许多装配和调试费用。 （5） 电路设计人员使用FPGA/CPLD设计电子系统时,不需具备专门的集成电路深层次的知识,如布局布线等,且FPGA/CPLD软件易学易用,这样,设计人员就能集中更多精力在电路设计方面。任务二 可编程逻辑器件的工作原理 Altera公司的FLEX10K是工业界第一个嵌入式的PLD,由于其具有高密度、低成本、低功耗等特点,所以脱颖而出成为当今该公司应用前景最好的CPLD系列。现以FLEX10K系列为例介绍CPLD的简单知识。

11、任务二 可编程逻辑器件的工作原理六、复杂可编程逻辑器件CPLD项目实施一、项目目的（1）掌握使用仿真软件调试可编程逻辑器件实现计数器的简单方法。（2）了解仿真软件中可编程逻辑器件的简单功能。项目实施项目实施二、项目要求（1）了解仿真软件中可编程逻辑器件的种类。（2）能使用仿真软件调试可编程逻辑器件实现计数器功能。（3）能实现六十进制计数功能。项目实施三、项目步骤（一）电路设计分析1.管脚分布 脉冲输入端：CLK。 预置控制端：LOAD。 清零端：CLRN。 使能端：EN。 数据预置端：Da3，0、Db2，0。 输出端：Qa3，0、Qb2，0。 进位输出端：RCO=EN AND Qa0 AND Qa2 AND Qb0 AND Qb2。项目实施2.真值表项目实施3.封装电路项目实施（二）元件