《数字电路第七章:可编程逻辑器件及其应用》
在数字电路的学习中,第七章主要讲解了可编程逻辑器件(PLD)的基本原理及其在数字系统中的应用。PLD是一种半定制的集成电路,用户可以根据需求对其进行编程,以实现各种组合逻辑和时序逻辑功能。
一、PLD的分类及特点
PLD主要分为两大类:简单可编程逻辑器件(SPLD)和高密度可编程逻辑器件(HDPLD)。SPLD包括可编程只读存储器(PROM)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)。而HDPLD则包含复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)。使用PLD的优势在于其高密度、高速工作性能、在线可编程技术(isp)以及不断进步的设计工具。
二、PLD的基本组成
PLD通常由与门阵列、或门阵列、输入电路和输出电路组成。与门阵列和或门阵列为实现组合逻辑提供基础,而带有触发器的PLD则可以实现时序逻辑功能。输入电路负责缓冲、驱动和信号转换,输出电路则根据需求提供不同的缓冲和输出结构。
三、PLD的内部电路表示
PLD的内部电路可以通过逻辑表示法进行描述,以便于理解和设计。这种表示方法有助于理解器件的工作原理和编程方式。
四、PLD的编程方法
PLD的编程原理是通过切断相应的连接线来实现特定逻辑功能。早期的PROM、PLA、PAL采用熔丝编程,一次性编程。后来发展到紫外线可擦除、重复编程的EPROM。随着技术的进步,电可擦除的E2PROM、GAL和CPLD出现,编程更加灵活。FPGA采用了RAM编程技术,具备快速编程、不限编程次数的特点,但掉电后会丢失编程信息。
五、SPLD详解
1. 可编程只读存储器(PROM):PROM由固定与阵和可编程或阵组成,通过编程实现不同逻辑功能。PROM有固定型、紫外线擦除型和电擦除型三种工艺类型。
2. 可编程逻辑阵列(PLA):PLA的与阵和或阵均可编程,提供了更大的灵活性,可以实现更复杂的逻辑。
3. 可编程阵列逻辑(PAL):PAL相比PLA,其与阵固定,只编程或阵,适合实现特定逻辑。
4. 通用阵列逻辑(GAL):GAL是PAL的升级版,具有电可擦除特性,可进行多次编程。
通过学习这部分内容,我们可以了解到PLD在数字系统设计中的重要性,以及如何利用这些器件来构建和优化数字系统。掌握PLD的基本原理和编程方法,对于提升数字电路设计能力至关重要。