《可编程逻辑器件》教学课件.ppt

可编程逻辑器件教学课件欢迎来到可编程逻辑器件（PLD）的精彩世界！本课程将带您从零开始，逐步掌握PLD的基本概念、发展历程、内部结构、工作原理以及应用领域。通过本课程的学习，您将能够熟练运用PLD设计工具，进行数字系统的设计与开发。让我们一起探索PLD的奥秘，开启您的FPGA/CPLD设计之旅！

课程目标与大纲课程目标掌握PLD的基本概念与分类理解PLD的内部结构与工作原理熟悉PLD的设计流程与工具能够运用HDL进行PLD设计与仿真了解PLD在各个领域的应用课程大纲PLD概述与发展历史PLD的分类与基本结构SPLD、CPLD、FPGA详解PLD设计工具与HDL语言PLD的应用与发展趋势

什么是可编程逻辑器件（PLD）？定义可编程逻辑器件（PLD）是一种可以通过编程来改变其内部逻辑连接的集成电路。它允许用户根据自己的需求配置器件的功能，从而实现各种数字逻辑电路。基本概念PLD的核心在于其可编程性，通过这种特性，设计人员可以灵活地修改和更新电路设计，而无需更换硬件。这大大缩短了开发周期，降低了开发成本。与传统IC的区别与传统的固定功能的集成电路相比，PLD具有更高的灵活性和可配置性。传统IC的功能在制造时就已经确定，而PLD的功能则可以根据用户的需要进行定制。

可编程逻辑器件的发展历史1早期阶段20世纪70年代，最早的PLD——可编程只读存储器（PROM）出现，随后是可编程阵列逻辑（PAL）和可编程逻辑阵列（PLA）。2CPLD时代20世纪80年代，复杂PLD（CPLD）出现，它通过将多个PAL或PLA集成到一个芯片上，提高了器件的逻辑容量和灵活性。3FPGA时代20世纪90年代，现场可编程门阵列（FPGA）问世，它以其高度的灵活性和可重构性，迅速成为PLD领域的主流。4SoC时代进入21世纪，片上系统（SoC）FPGA出现，它集成了处理器、存储器和可编程逻辑，为嵌入式系统设计提供了更强大的平台。

可编程逻辑器件的分类简单PLD(SPLD)SPLD是结构最简单的PLD，通常由一个可编程的AND阵列和一个固定的OR阵列组成。常见的SPLD包括PAL、GAL和PLA等。它们适用于实现简单的逻辑功能。复杂PLD(CPLD)CPLD由多个SPLD逻辑块通过可编程互连矩阵连接而成。与SPLD相比，CPLD具有更大的逻辑容量和更强的灵活性，适用于实现中等复杂度的逻辑功能。现场可编程门阵列(FPGA)FPGA是目前最先进的PLD，它由大量的可配置逻辑块（CLB）和可编程互连资源组成。FPGA具有极高的灵活性和可重构性，适用于实现复杂的数字系统。

可编程逻辑器件的基本结构逻辑块逻辑块是PLD的基本组成单元，用于实现各种逻辑功能。不同的PLD具有不同类型的逻辑块，例如，LUT（查找表）、宏单元等。互连资源互连资源用于连接PLD中的各个逻辑块，实现信号的传递和逻辑功能的组合。可编程互连资源是PLD灵活性的关键所在。I/O块I/O块用于PLD与外部电路的连接，实现数据的输入和输出。I/O块通常包含输入缓冲器、输出驱动器和I/O引脚等。

可编程逻辑器件的工作原理设计输入使用硬件描述语言（HDL）或图形化工具描述所需的逻辑功能。编译设计工具将HDL代码或图形化设计转换为PLD的配置信息。编程将配置信息加载到PLD中，改变其内部逻辑连接，实现所需的功能。验证通过仿真和硬件测试，验证PLD的功能是否符合设计要求。

熔丝技术原理熔丝技术是最早的PLD编程技术之一。它通过在PLD内部设置大量的熔丝，通过熔断不需要的熔丝，来改变PLD的逻辑连接。特点编程过程不可逆，只能进行一次编程。结构简单，成本较低。编程速度较快。

反熔丝技术原理反熔丝技术与熔丝技术相反，它通过在PLD内部设置大量的反熔丝，通过击穿需要的反熔丝，来建立PLD的逻辑连接。优势编程后连接电阻较低，性能较好。抗辐射能力较强，适用于航天等领域。安全性较高，不易被破解。

SRAM技术工作原理SRAM（静态随机存取存储器）技术利用SRAM单元存储PLD的配置信息。PLD在上电时，从外部存储器或内部Flash存储器加载配置信息到SRAM中。优缺点分析优点：编程速度快，可重复编程，灵活性高。缺点：需要外部存储器或内部Flash存储器，功耗较高，抗辐射能力较弱。

Flash技术在PLD中的应用非易失性存储Flash技术是一种非易失性存储技术，即使断电后，存储的数据也不会丢失。因此，Flash技术非常适合用于存储PLD的配置信息。优势无需外部存储器，节省成本和空间。功耗较低，适合低功耗应用。可重复编程，灵活性高。

简单可编程逻辑器件（SPLD）1PAL可编程阵列逻辑（PAL）由一个可编程的AND阵列和一个固定的OR阵列组成。PAL的结构简单，易于编程，适用于实现简单的逻辑功能。2GAL通用阵列逻辑（GAL）