第 7 章 可编程逻辑器件及其应用一、基本结构与分类二、 PLD 器件的电路表示方法
一、 ROM 的组成与原理二、 ROM 的应用
PLD 的结构与特点
ROM 的工作原理与应用
通用阵列逻辑器件 GAL 一、 GAL 器件的基本结构二、 GAL 器件的应用与开发 {Home}
PLD的结构与特点( 1)数字逻辑器件的分类
标准产品由软件配置的 LSI 器件专用集成电路 ASIC (Applicat
ion Specific Integratal Circuit)
全定制半定制
可编程逻辑器件 PLD (Programmable Logic Devic
e)
( 逻辑门、触发器、译码器等)(微处理器、单片机等)
PLD 的结构与特点( 4)
按不同阵列的可编程性
存贮器 (ROM,RAM)
可编程逻辑阵列 PLA
可编程阵列逻辑 PAL
PLD 的分类“与”阵列固定“或”阵列可编程“与”阵列可编程“或”阵列可编程“与”阵列可编程“或”阵列固定通用阵列逻辑 GAL
在系统可编程器件 ISP现场可编程逻辑器件 FPGA
开发工具成本高,设计较复杂采用可编程输出逻辑宏单元,功能更全面,性能更灵活
高密度
PLD 的结构与特点( 5) PLD 器件的电路表示方法基本逻辑单元的表示
输入 / 反馈缓冲器
“与”门
“或”门A B C
F
A B C
F
A
AB
AC
ABCF
CBAF
采用互补输出结构
ROM的应用( 1)
ROM 的分类按构成存储单元的元件分类
二极管 ROM
晶体管 ROM
MOS 管 ROM
按编程方式分类 掩模式 ROM一次编程 ROM(PROM)光擦编程 ROM(EPROM)电擦编程 ROM(EEPROM)
ROM ---- 只读存贮器( Read Only Memory)主要用于计算机系统固定信息的存储
多次改写编程 ROM 电改写 ROM(EAROM)闪速存储器 FLASH
ROM 存入数据的过程称为编程
{end}
ROM的应用( 2) ROM 的基本结构
0A1A
1nA
0W1W
12 nW
地址 译码 器输出缓冲器
存贮矩阵
地址线
0D1D1mD
字线
位线
存贮容量mn2mKm 1210
地址译码器存贮矩阵输出缓冲器
ROM的应用( 3) ROM 的工作原理----- 以 二极管 RO
M 为例 422
0W
1W
2W
3W
二进 制译 码器1
1
1A
0A
1D 0D2D3DE
地址线 字线
位线
01 AA
01 AA
01 AA
01AA
地址 字线 数据 ( 位线 )01 AA
0 0iW 0123 DDDD
0W
1W
2W
3W
1 0 0 1
0 0 1 11 1 0 10 1 1 00 1
1 01 1
ROM的应用( 4)地址 字线 数据 ( 位线 )
01 AA0 0
iW 0123 DDDD
0W
1W
2W
3W
1 0 0 1
0 0 1 11 1 0 10 1 1 00 1
1 01 1
203 WWD
212 WWD
311 WWD
3200 WWWD
1A
0A
0W
1W
2W
3W
0D1D2D3D
“与”阵列( 固定 )
“或”阵列( 可编程 )
ROM 的 PLD 表示
ROM的应用( 5)ROM 的应用范围
计算机系统中的应用
产生多输出逻辑函数
构成字符发生器
构成波形发生器
计算机初始引导和加载程序的固化,微程序控制器的设计,字符图形发生器的设计,控制系统中用户程序的固化等等。这些应用中主要是固化程序和数据,以提高系统应用的方便性、可靠性和安全性。 由于 ROM 的地址译码器输出是全部输入变量的最小项,每一位数据的输出是这些最小项之和,因此任何形式的组合逻辑函数均能通过向 ROM 写入数据来实现。 将字符的点阵预先存储在 ROM 中,然后顺序给出地址码,从存储矩阵中逐行读出字符的点阵,并送入显示器即可显示出字符。
ROM的应用( 6)例 1: 试写出如图所示 ROM 阵列中所有存储的逻辑函数 、 、 和 的表达式。 1L 2L 3L 4L
AABB
1L2L3L
4L
“与”阵列“或”阵列
解:ABL 1
BAL 2
BABAL 3
BABAL 4
BA BA BA BA
ROM 阵列结构表示
ROM的应用( 7)例 2 :试用 ROM 产生以下一组多输出逻辑函数
BCDCBACBAF 1BDAABCDF 2
DCBADCBAF 3DCABDCBAF 4
解: 将以上各式化成最小项之和的形式,即ABCDBCDADCBADCBACDBADCBAF 1
BCDADCBAABCDF 2DCBADCBAF 3DCABDCBAF 4
ROM的应用( 8)ABCDBCDADCBADCBACDBADCBAF 1
BCDADCBAABCDF 2DCBADCBAF 3DCABDCBAF 4
要实现以上一组多输出逻辑函数,所需 ROM 的存储容量为:424
ROM 阵列为:
1A
1B
1C
1D
1F2F3F4F
0W 1W 2W 3W 4W 5W 6W 7W 8W 9W 10W 11W 12W 13W 14W 15W
ROM的应用( 9)例 3: 试用 8×4 位 ROM 实现一个排队电路 . 电路的功能是输入信号 A 、 B 、 C ,通过排队电路后分别由 、 、 输出,但在同一时刻只能有一个信号通过,如果同时有两个或两个以上的信号输入时,则按 A 、 B 、 C 的优先顺序通过。
AF BF CF
解: 列真值表A B C0 0 00 0 1 0 1 0
1 0 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1
1 1 1
AF BF CF00001111
00110000
01000000
写出逻辑函数式ABCCABCBACBAFA
BCACBAFB
CBAFC
GAL 器件的基本结构 (1)
以普通型 GAL16V8为例,说明GAL 器件的结构组成。总体介绍
输入缓冲器(左边 8个) 对输入信号提供原变量和反变量,并送到与门阵列。输出缓冲器(右边 8个) 提供输出信号和反馈信号,后者包括本级和相邻级。输出反馈 /输入缓冲器 (中间 8个 ) 本级输出或邻级输出作为输入信号送到与门阵列,以便产生乘积项。
GAL 器件的基本结构 (2)时钟输入信号缓冲器(引脚 1) 可以提供时钟信号;也可以作为输入信号。输出选通信号缓冲器(引脚 11) 用来提供输出三态门的控制使能信号。 与门阵列 8×8=64 个与门组成,最多形成 64个乘积项,每个与门有 32 条输入线( 16 个原变量, 16 个反变量),但每一个变量在编程时只能取其一,故每个与门(一个乘积项)的实际最大变量数为 16 。
GAL 器件的基本结构 (3)
共 8个,每个 OMLC 是一个逻辑单元,其中有或门、触发器、多路开关。
输出逻辑宏单元( OLMC )
通过编程, GAL16V8最多有 16 个引脚作为输入端, 8个输出端。
GAL 器件的基本结构 (4)
每个 OLMC 中有一个或门。或门有 8个输入,每个输入是由与门阵列输出的一个乘积项,而或门输出是 8个乘积项之和。
◆ 一个或门
或门
异或门
OLMC 内部结构
触发器可用来保存组合逻辑函数输出值。一片 GAL16V8共有 8个触发器。◆ 一个触发器
触发器 采用异或门来控制或门输出信号的极性 :即当 XOR(n)=1 时,异或门起反相器的作用。当 XOR(n)=0 时,异或门起同相器的作用
GAL 器件的基本结构 (5)
输出多路开关 OMUX(二选一):控制直接由组合电路输出还是寄存器输出。
◆ 4 个多路开关 乘积项多路开关三态多路开关
反馈多路开关
输出多路开关 乘积项多路开关 PTMUX(二选一):控制或门的第一乘积项来自与阵列或为“ 0”。 三态多路开关 TSMUX (四选一):控制三态门输出,有四种情况。 反馈多路开关 FMUX (四选一):控制反馈信号来源,有四种情况。
GAL 器件的基本结构 (6)乘积项多路开关 三态多路开关
反馈多路开关
输出多路开关 多路开关的状态,取决于结构控制字中 AC0和 AC1(n)位的值,这些值可通过编程决定。如: )(10 nACAC
0
1
输出为异或门输出输出为触发器输出
-- 控制输出多路开关
GAL 器件的基本结构 (7)工作模式
OLMC 的结构控制字 ----通过结构控制字可确定 OLMC 的五种结构SYN AC0 AC1(n) 配置功能
1 0 1 输入模式1 0 01 1 1
0 1 10 1 0
专用组合输出反馈组合输出
组合 + 寄存器输出寄存器输出
同步控制字 结构控制字
OLMC 的工作模式 简单模式寄存器模式复合模式
{end}
GAL 器件的应用与开发 (1)
GAL 器件的开发工具硬件开发工具
软件开发工具
----- 编程器
---- 开发 PLD 专用的程序设计语言及相应的汇编或编译程序Fast-Map(FM) 、 ABEL 、 VHDL 等
GAL 器件的应用与开发 (2)
Fast-Map (FM) 语言
FM.EXE
列表文件 (.LST)
熔丝图文件 (.PLT)
标准装载文件 (.JED)
设计源文件和 PLD 引脚配置图供设计者阅读的编程模式图存放对 PLD 编程的数据
*.PLD( 设计源文件 )
GAL 器件的开发软件---- 只允许使用逻辑表达式描述设计 , 没有仿真功能
GAL 器件的应用与开发 (3)
FM 设计源文件 (*.PLD) 格式器件型号
设计说明信息引脚名表逻辑方程
关键字 DESCRIPTION
第 1 行第 2~4 行第 5 行
最后一行
BABAY
BABAY //
三种形式的逻辑方程式SYMBOL
=EXPRESSIONSYMBOL:
=EXPRESSION
SYMBOL.OE=EXPRESSION
逻辑表达式输出引脚名
“非”运算
GAL 器件的应用与开发 (4)GAL 器件的开发应用举例
----- 举例说明 FM 软件源文件的编写例 : 试用 GAL 器件实现 6 个基本逻辑门 :“ 与”门、“或”门、“与非”门、“或非”门、“异或”门和“同或”门。解:(1) 根据任务要求选择 GAL 器件 , 定义器件的引脚功能12 个输入、 6 个输出 GAL16V8
CPIo / 1 20
10 11
1I
GND9I0F8I
7FCCV
B
&
=1
1
&
1
=1
ACDEF
G
HI
JGND
U
W
V
X
Y
ZLK
CCV
GAL 器件的应用与开发 (5)
(2) 分析输入、输出的逻辑关系,给出电路的逻辑描述B
&
=1
1
&
1
=1
ACDEF
G
HI
JGND
U
W
V
X
Y
ZLK
CCV
ABU
DCV
EFW
HGX JIJIJIY
KLLKLKZ
GAL 器件的应用与开发 (6)(3) 根据 FM 开发软件的语法格式,编写设计源文件
B
&
=1
1
&
1
=1
ACDEF
G
HI
JGND
U
W
V
X
Y
ZLK
CCV GAL16V8DESIGNED BY LI MING3/10/1999BASIC GATESB C D E F G H I J GNDK L Z Y X W V U A VCC
BAU DCV FEW /HGX /
JIJIY //LKLKZ ///
DESCRIPTION
器件型号设计说明信息引脚名表
逻辑方程
关键字
引脚名按器件引脚号递增顺序排列,引脚名之间用空格分开,不用引脚用 NC 表示
只能用于单个引脚名前{end}