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可编程逻辑器件原理与应用

一、概述

可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，PLD）是一种集成

电路芯片，可根据用户需求通过编程实现不同的逻辑功能。它具有灵

活性高、设计周期短、制造成本低等优点，在数字电路系统中得到广

泛应用。

二、PLD的分类

根据其内部结构和编程方式，PLD可以分为以下几类：

1.可编程逻辑阵列（ProgrammableLogicArray，PLA）：由与门阵

列和或门阵列组成，通过外部连接器与输入/输出引脚相连。它的优点

是可实现复杂的布尔函数，但缺点是输入/输出端口数量有限。

2.可编程数组逻辑器件（ProgrammableArrayLogic，PAL）：由与

门阵列和或非门阵列组成，通过外部连接器与输入/输出引脚相连。它

比PLA多了一个或非门阵列，在某些情况下可节省芯片面积。

3.可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，PLD）：由可编

程逻辑阵列和可编程中间逻辑组成，通过外部连接器与输入/输出引脚

相连。它比PAL多了一个中间逻辑模块，在某些情况下可实现更复杂

的逻辑功能。

4.可编程门阵列（ProgrammableGateArray，PGA）：由可编程的

基本逻辑单元（如与非门、或非门等）组成，通过内部连接器和可编

程交叉点与输入/输出引脚相连。它具有灵活性高、速度快等优点，但

设计难度较大。

5.现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）：

由大量可编程的基本逻辑单元和内部互联网络组成，通过输入/输出引

脚与外部设备相连。它具有灵活性高、速度快、资源丰富等优点，在

现代数字电路系统中得到广泛应用。

三、PLD的原理

PLD的原理可以简单概括为：通过编程改变芯片内部的互联关系，实

现不同的逻辑功能。其具体实现过程如下：

1.设计逻辑电路图：根据需求设计所需的逻辑电路图，包括输入端口、

输出端口和中间逻辑模块等。

2.翻译为布尔表达式：将逻辑电路图翻译为布尔表达式，并化简为最

小项或最小多项式。

3.编写程序：根据布尔表达式编写程序，并将其烧录到PLD芯片中。

程序通常采用硬件描述语言（HDL）编写，如VHDL或Verilog。

4.实现逻辑功能：根据程序改变PLD芯片内部的互联关系，实现所需

的逻辑功能。这可以通过开关矩阵、可编程互连点或存储器单元等方

式实现。

5.测试验证：对PLD芯片进行测试验证，确保其能够按照设计要求正

常工作。

四、PLD的应用

PLD在数字电路系统中得到广泛应用，包括以下几个方面：

1.逻辑控制：PLD可用于实现各种逻辑控制功能，如状态机、计数器、

多路选择器等。

2.数字信号处理：PLD可用于实现各种数字信号处理算法，如FFT、

滤波器等。

3.通信接口：PLD可用于实现各种通信接口协议，如PCI、USB等。

4.图像处理：PLD可用于实现各种图像处理算法，如图像压缩、边缘

检测等。

5.测试仪器：PLD可用于实现各种测试仪器的控制和数据处理功能，

如示波器、频谱分析仪等。

6.其他应用：PLD还可用于实现各种特殊用途的电路，如音频处理、

运动控制等。

总之，PLD作为一种灵活性高、设计周期短、制造成本低的数字电路

芯片，在现代数字电路系统中扮演着重要的角色。