实验九 复杂可编程逻辑器件CPLD的使用

简单可编程规律器件（CPLD）的基本原理 -电子技术现在一般把全部超过某一集成度（如1000门以上）的PLD器件都称为CPLD。

CPLD由可编程规律的功能块围绕一个可编程互连矩阵构成。

由固定长度的金属线实现规律单元之间的互连，并增加了I/O把握模块的数量和功能。

可以把CPLD的基本结构看成由可编程规律阵列（LAB）、可编程I/O把握模块和可编程内部连线（PIA）等三部分组成。

MAX7123的结构1．可编程规律阵列（LAB）可编程规律阵列又若干个可编程规律宏单元（Logic Macro Cell，LMC）组成， LMC内部主要包括与阵列、或阵列、可编程触发器和多路选择器等电路，能独立地配置为时序或组合工作方式。

与或阵列结构图CPLD中与、或门的表示方法（1）乘积项共享结构在CPLD的宏单元中，假如输出表达式的与项较多，对应的或门输入端不够用时，可以借助可编程开关将同一单元（或其他单元）中的其他或门与之联合起来使用，或者在每个宏单元中供应未使用的乘积项给其他宏单元使用。

EPM7128E乘积项扩展和并联扩展项的结构图（2）多触发器结构早期可编程器件的每个输出宏单元（OLMC）只有一个触发器，而CPLD 的宏单元内通常含两个或两个以上的触发器，其中只有一个触发器与输出端相连，其余触发器的输出不与输出端相连，但可以通过相应的缓冲电路反馈到与阵列，从而与其他触发器一起构成较简单的时序电路。

这些不与输出端相连的内部触发器就称为“隐埋”触发器。

这种结构可以不增加引脚数目，而增加其内部资源。

（3）异步时钟早期可编程器件只能实现同步时序电路，在CPLD器件中各触发器的时钟可以异步工作，有些器件中触发器的时钟还可以通过数据选择器或时钟网络进行选择。

此外，OLMC内触发器的异步清零和异步置位也可以用乘积项进行把握，因而使用更加机敏2．可编程I/O单元（IOC）CPLD的I/O单元（Input/Output Cell，IOC），是内部信号到I/O引脚的接口部分。

复杂可编程逻辑器件的作用复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）是一种集成电路器件，其作用是实现复杂的数字逻辑功能。

CPLD内部由大量的逻辑门、寄存器和触发器组成，可以通过编程来实现各种不同的逻辑功能。

CPLD的作用主要体现在以下几个方面。

1. 实现复杂逻辑功能：CPLD内部的逻辑门和寄存器可以实现各种复杂的数字逻辑功能，例如加法器、乘法器、比较器等。

通过编程，可以将这些逻辑功能组合起来，实现更复杂的逻辑运算，满足各种不同的应用需求。

2. 提供灵活性和可重配置性：CPLD可以通过编程来改变其内部的逻辑功能，从而实现不同的应用需求。

相比于固定功能的集成电路，CPLD具有更高的灵活性和可重配置性，可以适应不同的设计要求。

3. 提供高性能和低功耗：CPLD内部的逻辑门和寄存器采用了先进的工艺和设计技术，具有较高的运算速度和较低的功耗。

这使得CPLD在数字系统中可以提供高性能的逻辑功能，并且能够在功耗有限的情况下工作。

4. 实现时序控制和状态机：CPLD内部的寄存器和触发器可以用来实现时序控制和状态机。

通过编程，可以配置CPLD内部的时钟信号和触发条件，从而实现复杂的时序控制和状态转换。

这对于需要严格控制时序和状态的应用非常重要。

5. 实现接口转换和协议转换：CPLD可以通过编程来实现不同接口标准之间的转换，例如将不同的电平标准转换为可兼容的电平标准，或者将不同的通信协议转换为可兼容的通信协议。

这对于不同设备之间的连接和通信非常重要。

6. 实现数据处理和算法运算：CPLD内部的逻辑门和寄存器可以用来实现数据处理和算法运算。

例如，可以通过编程实现数字滤波、快速傅里叶变换（FFT）、数字信号处理（DSP）等功能，从而满足不同应用的需求。

复杂可编程逻辑器件具有实现复杂逻辑功能、提供灵活性和可重配置性、提供高性能和低功耗、实现时序控制和状态机、实现接口转换和协议转换、实现数据处理和算法运算等作用。

基于cpld实验报告基于CPLD的实验报告引言：CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种集成电路器件，具有可编程的逻辑功能。

它在数字电路设计和开发中扮演着重要的角色。

本实验报告将介绍基于CPLD的实验设计和实施过程，以及实验结果和分析。

一、实验目的本次实验的目的是通过使用CPLD器件，设计一个基本的数字电路，并验证其功能和性能。

通过这个实验，我们可以深入了解CPLD的工作原理和应用，提高我们的电路设计和实施能力。

二、实验设计和实施1. 实验所需材料和设备本次实验所需的材料和设备包括CPLD开发板、电源适配器、电路元件（如电阻、电容等）和连接线。

2. 实验步骤（1）准备工作：将CPLD开发板连接到电源适配器，并确保电源正常工作。

同时，准备好所需的电路元件和连接线。

（2）电路设计：根据实验要求和设计要求，设计一个适当的数字电路。

可以选择逻辑门电路、计数器电路或其他常见的数字电路。

（3）电路实施：根据电路设计，将电路元件连接到CPLD开发板上。

确保连接正确，并遵循电路设计的布局。

（4）编程CPLD：使用相应的软件工具，将设计好的电路逻辑编程到CPLD器件中。

确保编程过程正确，并检查编程结果。

（5）测试和验证：将电源适配器连接到CPLD开发板上，开启电源。

通过输入相应的信号，观察和验证电路的功能和性能。

可以使用示波器等测试设备进行测量和分析。

三、实验结果和分析经过实验，我们成功设计并实施了一个基本的数字电路。

通过测试和验证，我们发现电路能够按照设计要求正常工作，并且具有良好的性能。

在实验过程中，我们注意到CPLD器件具有以下优点：1. 可编程性：CPLD器件可以根据需要进行编程，实现不同的逻辑功能和电路设计。

2. 灵活性：CPLD器件可以根据实际需求进行配置和布局，适应不同的应用场景。

3. 高集成度：CPLD器件集成了大量的逻辑门和触发器，可以实现复杂的数字电路设计。

Veilog实践篇之CPLD介绍本文将介绍Veilog实践中的一个重要主题——CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）。

CPLD是一种可编程逻辑器件，可以用于实现各种数字逻辑电路。

本文将介绍CPLD 的原理、特点，以及在Veilog实践中的应用。

CPLD的原理和特点原理CPLD是一种可编程逻辑器件，其原理是利用可编程的AND/OR逻辑阵列和触发器实现数字逻辑电路。

AND/OR逻辑阵列用于实现逻辑运算，触发器用于存储中间结果或状态。

通过配置CPLD内部的逻辑门和触发器的连接关系，可以实现不同的数字逻辑功能。

特点CPLD具有以下几个主要特点：1.可编程性：CPLD可以通过配置内部的逻辑门和触发器的连接关系来实现不同的数字逻辑功能。

2.可重构性：CPLD可以通过重新配置内部逻辑来实现不同的数字电路，而无需更换硬件。

3.低功耗：CPLD在实现数字逻辑功能时具有较低的功耗。

4.高速性：CPLD可以在很短的时间内完成逻辑运算。

5.灵活性：CPLD具有较大的逻辑容量，可以实现较为复杂的数字逻辑电路。

CPLD在Veilog实践中的应用CPLD在Veilog实践中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：逻辑设计CPLD可以用于实现各种数字逻辑功能。

在逻辑设计中，我们可以使用Veilog语言来描述数字逻辑电路的行为和功能，并将其编译成CPLD可识别的配置文件。

然后将配置文件加载到CPLD中，就可以实现所需的数字逻辑功能。

时序设计CPLD还可以用于实现时序逻辑电路。

时序逻辑电路在数字系统中扮演着重要的角色，可以实现各种时序功能，如计时器、状态机等。

通过使用Veilog语言描述时序逻辑的行为和功能，并将其编译成CPLD 可识别的配置文件，可以实现各种复杂的时序逻辑电路。

接口设计CPLD还可以用于实现各种接口电路。

在数字系统中，我们经常需要设计各种接口电路，如UART接口、SPI接口等。

Xilinx-CPLD开发板使用说明书武汉保华数控工作室1Xilinx-CPLD开发板介绍CPLD（复杂可编程逻辑电路）是一种具有丰富的可编程I/O引脚的可编程逻辑器件，具有使用方便灵活、在系统可编程的特点，既可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。

同单片机配合，把CPLD应用于嵌入式应用系统，更能够体现其在系统可编程、使用方便灵活的特点。

在有些应用中甚至可以完全取代单片机独立完成系统的控制功能。

CPLD同单片机接口，可以作为单片机的一个外设，实现单片机所要求的功能。

例如，实现常用的地址译码、锁存器、8255等功能；也可实现加密、解密及扩展串行口等单片机所要求的特殊功能。

实现嵌入式应用系统的灵活性，也提高了嵌入式应用系统的性能。

Xilinx-CPLD开发板的功能与特点2开发板布局图SL2SL2 SL13 板上资源介绍为了使开发工作灵活而方便，Xilinx-CPLD 采取小板积木式结构，开发板尺寸只有110×95mm 。

其上装有实验必须的CPLD （XC9572）和学习需要的基本电路和设备。

能够帮助用户学习如何利用CPLD 设计电子电路，掌握从设计输入到芯片下载的全部过程。

搭接上层扩展板还可以做更多的实验。

通过J1、J2插座将CPLD 的全部管脚（JTAG 脚除外）引到上层扩展板。

上层扩展板可根据需要由用户选择购买或者是自制。

从而减低用户的不必要费用。

Xilinx-CPLD 开发板布局图如下，下面将详细讲解各部分资源的结构和功能。

了解开发板硬件知识是后面学习系统电路实验所必须具备的条件。

3.1 CPLD 芯片及其特性 Xilinx-CPLD 开发板以Xilinx 公司的XC9572作为目标CPLD 。

由于采用PLCC84脚插座安装，当芯片的密度不能满足设计要求时，方便用户更换相同封装更高密度的XC95108。

3.2 J1、J2 CPLD 引出脚插座当需要扩展开发板的功能或者希望将CPLD 引脚直接与用户的实验板相连接时，可以通过J1、J2插座将CPLD 的管脚（JTAG 脚除外）引出。

信源和AMI/HDB3编译码模块中的CPLD功能说明TX-6B型实验设备中，信源模块的分频器、三选一、倒相器、抽样等单元以及AMI/HDB3编译码模块的编译码单元的功能由一片CPLD（复杂可编程逻辑器件）完成。

硬件上选用了Altera公司的EPM7064芯片（或其全兼容芯片－ATMEL公司的ATF1504AS），该芯片是ALTERA 公司MAX7000系列的产品，内有64个宏单元，具有速率高、可多次擦写等特点，设计上采用VHDL语言编写源程序。

其引脚设定如图附1.1所示，其引脚封装图如图附1.2所示。

图附1.1 信源部分CPLD引脚设定图AMI/HDB3编译码子单元完成AMI/HDB3编译码功能，其设定的引脚有：· NRZ-IN 编码器NRZ信号输入端，接信源模块的输出信号NRZ-OUT，已在印刷电路板上连好· BS-IN 编码时钟（位时钟信号）输入端，接信源模块的位时钟输出信号BS-OUT，已在印刷电路板上连好· HDB3/AMI 码型选择端，接高电平时选择HDB3码；接低电平时选择AMI码（由拨动开关K4控制）· +HDB3-OUT HDB3编码器正码输出端，接到AMI/HDB3模块中单双极性变换器单元的输入端，已在印刷电路板上连好· -HDB3-OUT HDB3编码器负码输出端，接到AMI/HDB3模块中单双极性变换器单元的输入端，已在印刷电路板上连好· +HDB3-IN HDB3译码器正码输入端，接AMI/HDB3模块中单双极性变换器单元的输出信号，已在印刷电路板上连好· -HDB3-IN HDB3译码器负码输入端，接AMI/HDB3模块中单双极性变换器单元的输出信号，已在印刷电路板上连好· BS-R 译码时钟（位同步信号）输入端，接AMI/HDB3模块中锁相环单元的输出信号BS，已在印刷电路板上连好· NRZ AMI/HDB3译码后信息码输出端信源子单元完成图1.1所示信源模块的分频器、三选一、倒相器及抽样电路等单元的功能，其设定的引脚有：· CLK 信源子单元时钟输入端· S1、S2、S3 3个选通信号的输入端，这三个信号的频率分别为位时钟信号的1/2、1/4和1/8· Z0、Z1、Z2 三选一单元的三个输入信号的输入端，这三个输入信号分别接三个八选一单元的输出信号，已在印刷电路板上连好· NRZ1 NRZ信号输出端· FS1帧时钟信号输出端· BS 位时钟信号输出端CPLD除了完成上述功能外，还包含一个M序列子单元，其输出的伪随机码M序列送给数字调制模块，以便在2DPSK解调实验中观察到眼图。

cpld实验报告CPLD实验报告引言CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种集成电路，具有可编程功能。

本实验旨在通过对CPLD的实验研究，深入了解其工作原理和应用。

一、CPLD的基本原理CPLD是一种可编程逻辑器件，由可编程逻辑单元（PLU）和可编程互连单元（PCU）组成。

PLU负责实现逻辑功能，而PCU则负责实现逻辑单元之间的互连。

CPLD的工作原理是通过编程将逻辑功能和互连关系写入CPLD芯片中，从而实现特定的功能。

二、CPLD的应用领域CPLD广泛应用于数字电路设计、嵌入式系统、通信设备等领域。

在数字电路设计中，CPLD可用于实现复杂的逻辑功能，如计数器、状态机等。

在嵌入式系统中，CPLD可用于实现外设控制、数据处理等功能。

在通信设备中，CPLD可用于实现信号处理、调制解调等功能。

三、CPLD的实验设计本实验设计了一个简单的CPLD应用实验，旨在通过实际操作了解CPLD的使用方法和功能。

实验包括以下步骤：1. 准备工作：搭建实验平台，包括CPLD开发板、开发软件等。

确保硬件和软件环境正常。

2. 设计逻辑功能：根据实验要求，设计一个简单的逻辑功能，如4位二进制加法器。

使用开发软件进行逻辑设计，包括输入输出端口的定义、逻辑电路的设计等。

3. 编程下载：将逻辑设计的文件编译成二进制文件，并通过下载器将二进制文件下载到CPLD芯片中。

确保下载过程正确无误。

4. 实验验证：连接外部输入信号和输出信号，进行实验验证。

通过输入不同的二进制数，观察输出结果是否符合预期。

根据实验结果，分析逻辑电路的正确性和稳定性。

四、实验结果与分析经过实验验证，设计的4位二进制加法器功能正常，输入不同的二进制数时，输出结果正确。

通过观察实验数据，可以得出结论：CPLD能够有效实现逻辑功能，并具有较高的稳定性和可靠性。

五、CPLD的发展趋势随着科技的不断进步，CPLD的应用领域将进一步扩大。