【可编程逻辑器件】是指一类可以通过编程来改变其内部逻辑结构的集成电路,广泛应用于电子设计领域,特别是数字电路设计。这些器件可以根据需求配置为各种不同的逻辑功能,包括但不限于加法器、计数器、寄存器等。常见的可编程逻辑器件种类有GAL(通用阵列逻辑)、PAL(可编程阵列逻辑)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)以及FPGA(现场可编程门阵列)。
GAL和PAL属于中小规模的可编程逻辑器件,适用于几百门到上千门的逻辑设计,而CPLD和FPGA则属于大规模的,能够处理几千门到几百万门的逻辑设计。一次性可编程器件,如反熔丝型PLD,虽然可靠性较高,但一旦编程后无法更改,主要用于军事应用。相比之下,可多次编程器件如GAL、CPLD和FPGA则具有较低的开发成本和可在线编程的优势,但可能在可靠性方面略逊一筹。
可编程逻辑器件的内部结构特性决定了它们在不同应用中的适用性。阵列结构单元(如GAL和CPLD)具有固定的管脚延迟时间和较少的触发器,适合设计编码和译码电路;而单元结构的FPGA则包含更多的触发器,适合设计时序电路和高速逻辑电路,但需要通过反复优化来确保最佳的延时特性。
【可编程器件开发软件】是进行逻辑设计和验证的重要工具。开发流程通常包括逻辑描述(电路图、硬件描述语言或状态机流程图)、逻辑功能仿真、定时仿真、下载和实测验证。逻辑描述方式有电路图和硬件描述语言,后者如国际标准的VHDL和Verilog,以及特定公司的ABEL和CUPL等。功能仿真检查逻辑是否正确,而定时仿真则考虑元件延迟,更接近真实情况。下载或编程是将逻辑数据写入器件的过程,可以通过通用编程器、专用下载电缆(如JTAG接口)或外部设备完成。
【硬件描述语言CUPL】是一种适用于开发中小规模可编程器件如GAL和PAL的语言,它借用C语言符号,易于学习,支持状态机和逻辑方程描述,并能自动生成编程文件。尽管不是国际标准,但对于有一定C语言基础的学习者来说,CUPL是一个快速上手的选项。在实验设计时,可以从基本的逻辑方程描述开始,逐步熟悉CUPL语言的使用。
【EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)】在可编程逻辑器件中常作为存储配置数据的手段。在实验设计中,例如T1题,要求设计一个地址计数器,这涉及到对EEPROM的使用和理解,以存储和更新计数器的配置信息。
可编程逻辑器件和相关的开发工具、语言以及存储技术是现代电子设计中的核心组成部分,它们提供了极大的灵活性,使设计师能够快速适应不断变化的需求,实现复杂逻辑功能的定制化设计。通过学习和实践,可以深入理解这些技术,提高在电子系统设计中的能力。