知识资料第二十五章可编程逻辑器件PLD器件及第二十六章变压器(一)(新版)

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第25章可编程逻辑器件PLD器件25.1PLD的符号表示可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，简称PLD）：能够简化设计过程、降低系统体积、节约成本、提高可靠性、缩短研发周期、各个厂家可以提供、具有一定连线和封装好的具有一定功能的标准电路。用户可以按照需要自己使用某种编程技术举行内部电路结构的衔接，实现用户既是设计者也是使用者的改变。PLD电路分为四部分：输入缓冲电路、与阵列、或阵列、输出缓冲电路因为PLD内部阵列的衔接规模十分庞大，用传统的逻辑电路图很难描述，所以在以后的各节里采用了中所示的简化画法，这也是目前国际、国内通用的画法。25.2PLD种类简介可编程逻辑阵列（ProgrammableLogicArray，简称PLA）可编程阵列逻辑（ProgrammableArrayLogic，简称PAL）通用阵列逻辑（GenericArrayLogic，简称GAL）。表各种PLD阵列编程状态表类型与阵列或阵列HYPERLINKPROM固定可编程HYPERLINKPLA可编程可编程HYPERLINKPAL可编程固定HYPERLINKGAL可编程固定PROM与阵列固定、或阵列可编程。与阵列有n个输入时，会有2n个输出，利用率不经济。所以，PROM更多情况下用做只读存储器。PLA与阵列、或阵列均可编程。但因为缺少编程工具，使用不广泛。PAL与阵列可编程、或阵列固定。它采用熔断丝双极型工艺，可举行一次编程。具有工作速度快、开辟系统完美等优点，仍有部分使用。GAL与阵列可编程、或阵列固定。但输出电路采用逻辑宏单元，用户可对输出自行组态。GAL采用EEPROM的浮栅技术实现电擦除功能，使用方便，现在仍有许多设计者使用。25.2.4复杂可编程逻辑器件（CPLD）CPLD发展历史：随着半导体工艺的不断发展，用户对器件集成度的要求也在不断提高，原有的PLD已经不能满意要求。AMD公司最早生产的带有宏单元的PAL22V10成为区别PLD的界限：若可编程逻辑器件包含的门数大于PAL22V10包含的门数，就可以认为是复杂PLD。1985年，美国Altera公司在EPROM和GAL器件的基础上，推出了可擦除可编程逻辑器件（ErsaableProgrammableLogicDevice，简称EPLD），其结构与PAL、GAL器件类似，但集成度比GAL器件高的多。随之各公司纷纷推出自己的EPLD产品，并形成系列。普通来说，EPLD可以包括GAL、EEPROM、FPGA、ispLSI、ispEPLD等器件。随器件密度的增大，本来的EPLD产品已经称为CPLD。将集成度达到某一要求的PLD产品都称为CPLD。CPLD构成原理：由可编程逻辑的功能块围绕位于中央的可编程互连矩阵构成，使用金属线实现逻辑单元之间的衔接，可编程逻辑单元类似于PAL的与阵列，采用可编程的与阵列和固定的或阵列结构。再加上分享的可编程与阵列，将多个宏单元衔接起来，增强了I/O控制模块的数量与功能。CPLD的基本结构：（1）HYPERLINK可编程逻辑宏单元（2）HYPERLINK可编程I/O控制模块（3）HYPERLINK可编程内部连线三部分组成（1）可编程逻辑宏单元可编程逻辑宏单元（LogicMacroCell，简称LMC）主要包括与阵列、或阵列、多路数据挑选器和可编程触发器，可自立挑选组合或时序工作方式。CPLD器件与GAL器件类似，其逻辑宏单元也是采用OLMC、即输出逻辑宏单元，但它的宏单元数量与与阵列数量比GAL大的多。逻辑宏单元具有密度高、乘积项分享结构、多触发器、异步时钟等特点。（2）可编程I/O单元CPLD的I/O单元（Input/OutputCell，简称IOC），是内部信号与I/O引脚之间的接口部分，不同功能的器件，结构也不尽相同。普通I/O作为一个自立的单元处理，由三态输出缓冲器、输出极性挑选、输出挑选等部分组成。（3）可编程内部连线可编程内部连线的作用是在各逻辑宏单元之间及逻辑宏单元与I/O单元之间提供互连网络。通过它，逻辑宏单元接收输入端的信号、并传递宏单元的信号。25.2.5现场可编程门阵列现场可编程门阵列（FPGA）FPGA简介：FPGA浮上在上世纪80年代中期，它是由许多自立的可编程逻辑模块组成，用户可以通过编程将模块衔接起来实现不同的设计，它集成度更高、逻辑功能更强、设计越发灵便。FPGA器件特点：FPGA器件具有高密度、高速度、标准化、小型化、多功能、低功耗、低成本、设计灵便、反复编程、现场模拟调试等特点，使用FPGA器件，可方便的完成一个电子系统的设计制作，目前应用广泛。FPGA结构：不同厂家生产的FPGA结构也不相同，下面以Xilinx公司生产的FPGA为例，举行容易推荐。可编程逻辑块（ConfigurableLogicBlock，简称CLB）输入/输出模块（I/OBlock，简称IOB）可编程互连资源（ProgrammableInterconnectResource，简称PIR）三种可编程电路和一个SRAM结构的配置存储单元构成FPGA的基本结构图见图所示。CLB是实现逻辑功能的基本单元，通常规矩的罗列成一个阵列，分布于囫囵芯片中；IOB主要完成芯片上的逻辑与外部引脚的衔接，罗列在芯片四面；可编程互连资源（IR）将CLB之间、CLB和IOB之间、IOB之间衔接起来，构成特定功能的电路。基于SRAM的FPGA器件，事先需在外部配置加载数据，配置数据可以保存在片外的EPROM或其他存储器中，通过控制加载过程，可以在现场修改器件的逻辑功能，即现场编程。例：选用PAL16L8设计一个代码转换电路，将4位二进制代码转换成格雷码。解：设输入的4位二进制代码为ABCD，输出的4位格雷码为WXYZ，则有代码转换真值表如表所示。表代码转换真值表输入输出输入输出ABCDWXYZABCDWXYZ00000000100011000001000110011101001000111010111100110010101111100100011011001010010101111101101101100101111010010111010011111000由真值表可写出输出函数表达式：W=Σm（8，9，10，11，12，13，14，15）X=Σm（4，5，6，7，8，9，10，11）Y=Σm（2，3，4，5，9，10，11，12，13）Z=Σm（1，2，5，6，9，10，13，14）将逻辑函数化简后得：这是一组有4个输入变量，4个输出的组合逻辑函数。用一片PAL器件实现，就必须选用有4个以上输入端和4个以上输出端的器件，因此可选用PAL16L8，其电路图如图所示。(此图仅画出了所用引脚的部分)第3篇电机学第26章变压器26.1变压器的额定值确保变压器合理、安全运行，生产厂家按照国家技术标准，对变压器的工作条件举行了使用上的规定，为用户提供了变压器的允许工作数据，称为额定值。它们通常标注在变压器的铬牌上，故也称为铭牌值，并用下标“N”表示。（1）额定容量定义：指副边输出的额定视在功率，单位是VA或KVA。因为变压器的效率很高，所以通常原、副边的额定容量设计得相等。公式：单相变压器：三相变压器：（2）额定电压铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压，单位为V或kV。三相变压器指线电压。（3）额定电流按照额定容量和额定电压算出的电流称为额定电流，单位为A。三相变压器指线电流此外还有额定效率、额定温升。26.2变压器的基本结构26.2.1变压器的基本类型按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器26.2.2变压器的基本结构一、铁心变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。二、绕组变压器的电路，普通用绝缘铜线或铝线绕制而成。三、绝缘套管将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。四、油箱油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和蔼体继电器。26.3变压器的工作原理和电磁关系26.3.1变压器的工作原理它的基本工作原理可以用图说明。图是单相变压器的工作原理图。这个单相变压器由一个闭合的铁心和套在其上的两个绕组构成。这两个绕组彼此绝缘，同心套在一个铁心柱上，但是为了分析问题的方便，我们将这两个绕组画在铁心柱两侧上，其中，与电源衔接的绕组称为原绕组，也称为一次绕组或原边；与负载衔接的绕组称为副绕组，也称为二次绕组或副边。我们在表示原绕组电磁量的符号右下角加标号“1”，在表示副绕组电磁量的符号右下角加标号“2”，以便于区别。例如，,,分离表示原绕组的电压、感应电动势、电流相量；,，,分离表示副绕组的电压、感应电动势、电流相量。将原绕组的两个出线端与单相交流电源衔接，原绕组中便流过交流电流，该电流在铁心中生成与电源频率相同的交变磁通，此交变磁通同时链过原、副绕组。据电磁感应原理，原、副绕组中将分离感应出交变电动势。将副绕组的两个出线端与负载衔接，负载就有交流电流通过。对应某一瞬时，单相变压器中各物理量的方向标示于图。图单相变压器工作原理图设分离为原绕组的电压、感应电动势瞬时值，,分离为副绕组的电压、感应电动势瞬时值，,分离为原绕组、副绕组的匝数，为铁心中同时链过原、副绕组的磁通。倘若单相变压器副绕组的两个出线端不与负载衔接并忽略数值很小的原绕组电阻、电抗，可以得出下面的瞬时值方程式