基于51单片机与DS18B20的数字温度计的设计.doc
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2023-07-10
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测控新技术课程报告
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可编程逻辑器件技术
摘要
当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在
不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规
模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着
微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系
统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望 ASIC 的设计周期尽可
能短，最好是在实验室里就能设计出合适的 ASIC 芯片，并且立即投入实际应用之中，
因而出现了现场可编程逻辑器(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)
和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
本文从 FPGA／CPLD 概述、基于乘积项 PLD/FPGA 结构原理、基于查找表
PLD/FPGA 结构与原理和 FPGA／CPLD 开发环境与应用四个方面介绍可编程逻辑控
制器技术。
关键词：可编程控制器，PLD，FPGA／CPLD,
前言
PLD 是可编程逻辑器件（Programable Logic Device）的简称，FPGA 是现场可编程
门阵列（Field Programable Gate Array)的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略
有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或 PLD/FPGA。
PLD 是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于 70
年代单片机的发明和使用。PLD 能做什么呢？可以毫不夸张的讲，PLD 能完成任何数字
器件的功能，上至高性能 CPU,下至简单的 74 电路，都可以用 PLD 来实现。PLD 如同
一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由
的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在 PCB 完成
以后，还可以利用 PLD 的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用 PLD
来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少 PCB 面积，提高系统的可靠性。 PLD
的这些优点使得 PLD 技术在 90 年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了 EDA 软
件和硬件描述语言（HDL）的进步。
早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器
(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单
的数字逻辑功能。
其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够
完成各种数字逻辑功能。典型的 PLD 由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个
组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述，所以， PLD 能以乘积和的形式完成大量的
组合逻辑功能。
这一阶段的产品主要有 PAL(可编程阵列逻辑)和 GAL(通用阵列逻辑)。 PAL 由一
个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输．出可以通过触发器有选择
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