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CPLD原理及应用-答案第3章

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第3章FPGA/CPLD结构与应用
3-1 OLMC有何功能？说明GAL是怎样实现可编程组合电路与时序电路的。

答：OLMC为输出逻辑宏单元，它有多种组态，可配置成专用组合输出、专用输入、组合输出双向口、寄存器输出、寄存器输出双向口等，为逻辑电路设计提供了极大的灵活性。

GAL是在PAL的基础上设计的，与多种PAL器件保持了兼容性。

GAL的OLMC中有多个多路选择器，通过不同的选择方式可以产生多种输出结构，分别属于三种模式，一旦确定了某种模式，所有的OLMC都将工作在同一种模式下。

三种输出模式如下：
(1) 寄存器模式。

包括寄存器输出结构和寄存器模式组合输出双向口结构。

(2) 复合模式。

包括组合输出双向口结构和组合输出结构。

(3) 简单模式。

包括反馈输入结构，输出反馈结构和输出结构。

3-2 什么是基于乘积项的可编程逻辑结构？
答：任何的组合逻辑函数都可以化为“与-或”表达式，即任何的组合电路，可以用于门-或门二级电路实现。

同样，任何时序电路都可由组合电路加上存储元件（存储器、触发器、RAM）构成。

基于这种原理，人们提出了一种由可编程的或阵列和与阵列组成的电路结构，即乘积项逻辑可编程结构。

3-3 什么是基于查找表的可编程逻辑结构？
答：基于SRAM查找表的逻辑形成方法，逻辑函数发生采用RAM“数据”查找的方式，并采用多个查找表构成一个查找表阵列的可编程逻辑结构。

3-5 与传统的测试技术相比，边界扫描技术有何优点？
答：集成工艺的发展使传统测试方法面临着越来越大的困难，边界扫描技术正是为了解决这些困难而出现的一种完整的、标准化的可测试性设计方法，它提供了对电路板上元件的功能、互连及相互间影响进行测试的一种新方案，极大地方便了系统电路的调试。

设计人员使用BST（Board Scan Test，边界扫描测试）规范测试引脚连接时，再也不必使用物理探针了，甚至可在器件正常工作时捕获功能数据。

器件的边界扫描单元能够从逻辑跟踪引脚信号，或是从引脚或器件核心逻辑信号中捕获数据。

强行加入的测试数据串行地移入边界扫描单元，捕获的数据串行移出并在器件外部同预期的结果进行比较。

该方法提供了一个串行扫描路径，它能捕获器件核心逻辑的内容，或者测试遵守IEEE 规范的器件之间的引脚连接情况。

3-6 解释编程与配置这两个概念
答：把适配后生成的下载或配置文件，通过编程器或编程电缆向FPGA或CPLD下载，以便进行硬件调试和验证。

通常，将对CPLD的下载称为编程，对FPGA中的SRAM进行直接下载的方式称为配置，但对于反熔丝结构和Flash结构的FPGA的下载和对FPGA的专用配置ROM的下载仍称为编程。

编程在掉电后信息能够保存，配置在掉电后信息丢失，下次上电后，还需要重新载入编程信息。

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第3章PLD原理

第3章PLD原理

第6章 可编程逻辑器件
第6章 可编程逻辑器件
6.1可编程逻辑器件的分类 6.2 可编程逻辑器件的表示方法和基本结构 6.3 可编程只读存储器(PROM) 6.4 可编程逻辑阵列(PLA) 6.5 可编程阵列逻辑(PAL) 6.6 通用阵列逻辑(GAL) 6.7 早期可编程逻辑器件的应用 6.8 现场可编程门阵列(FPGA) 6.9 复杂可编程逻辑器件(CPLD)
4.通用阵列逻辑 通用阵列逻辑（General Array Logic,简称GAL）, 在20世纪80年代初期问世,一般认为它是第二代PLD器 件。它具有可擦除、可重复编程和可加密等特点。目 前常用的GAL器件有GAL16V8和GAL20V8两种,它们 能仿真所有的PAL器件。
第6章 可编程逻辑器件
它是超大规模集成电路（VLSI）技术发展的产物, 它弥补了早期可编程逻辑器件利用率随器件规模的扩 大而下降的不足。FPGA器件集成度高,引脚数多,使用 灵活。FPGA
第6章 可编程逻辑器件
I/O 块
逻辑块 内部连线
图6―11 FPGA基本结构
第6章 可编程逻辑器件
由布线分隔的可编程逻辑块（或宏单元） （Configurable Logic Block,简称CLB）、可编程输入/ 输出块（Input/Output Block，简称IOB）和布线通道中 可编程内部连线（Programmable Interconnect,简称PI） 构成,其基本结构如图6―11所示。PLD与FPGA之间的 主要差别是PLD通过修改具有固定内部连线的电路的 逻辑功能来进行编程,而FPGA可以通过修改CLB或IOB 的功能来编程,也可以通过修改连接CLB的一根或多根 内部连线的布线来编程。对于快速周转的样机,这些特 性使得FPGA成为首选器件,而且FPGA比PLD更适合于 实现多级的逻辑功能。
第3章PLD原理

第3章PLD原理

第3章PLD原理
输出缓冲器用来提高存储器的带负载能力,并使输 出电平与TTL电路的逻辑电平匹配。同时,利用缓冲器 的三态控制功能可以将存储器的输出端与系统的数据 总线直接相连。
存储单元矩阵中的每个存储单元可以用二极管、 晶体管、熔丝或其他存储元件构成。图6―14是具有两 位地址输入码和四位数据输出的ROM电路。它的存储 单元是二极管,字线和位线的每个交叉点处都是一个存 储单元。交叉点处接有二极管时相当于存1,没有接二极 管时相当于存0。交叉点的数目也就是存储单元数。通 常，直接用存储单元的数目表示存储器的存储量(或称 容量),并写成“字数×位数(位)”的形式。
第3章PLD原理
当I/O端作为输出端时,常常用到具有一定驱动能力 的三态控制输出电路。在PLD的逻辑电路中的三态控 制输出电路有如图6―4（d）表示的两种形式,一种是控 制信号为高电平且反相输出;另一种是控制信号为低电 平且反相输出。
如果当所有输入的原码和反码在乘积项处都打
“×”,即表示所有的连接点都是编程连接,如图6―5(a)
第3章PLD原理
GAL器件的基本结构如图6―10所示。它与PAL器 件相比,在结构上的显著特点是输出采用了宏单元 （OLMC）。也就是说，PAL器件的可编程“与”阵列 是送到一个固定的“或”阵列上输出的,而GAL器件的 可编程“与”阵列则是送到OLMC上输出的。通过对 OLMC单元的编程,器件能满足更多的逻辑电路要求,从 而使它比PAL器件具有更多的功能,设计也更为灵活。
第3章PLD原理
6.2.2 可编程逻辑器件(PLD)的基本结构 1.可编程只读存储器 可编程只读存储器（Programmable Read Only
Memory，简称PROM）是最早的PLD器件,它出现在20 世纪70年代初。它包含一个固定的“与”阵列和一个 可编程的“或”阵列,其基本结构图如图6―7所示。 PROM一般用来存储计算机程序和数据,它的输入是计 算机存储器地址,输出是存储单元的内容。由图可见,它 的“与”阵列是一个“全译码阵列”,即对某一组特定 的输入Ii(i=0,1,2)只能产生一个惟一的乘积项。因为是 全译码,当输入变量为n个时,阵列的规模为2n,所以 PROM的规模一般很大。
CPLD设计

CPLD设计

随着单片机和微型计算机[26]的高速发展，伺服系统逐渐向智能化方向的发展，并伴随外围电路专用集成电路的出现，促进了直流伺服电动机控制技术的显著进步。

当这些技术领域发展到一定程度就构成快响应、高精度的直流伺服系统，进而电力半导体驱动装置逐步取代了电液驱动，比如军用伺服系统。

正因为直流电机容易进行调速，并能在大范围内实现精密的位置控制和速度控制，所以直流伺服系统广泛应用于要求系统性能高的场合；直流伺服电机具有良好的机械性，能在大范围内实现启动、制动、平滑调速和正反转等，在传动领域中仍占有很重要的地位；从传动系统来看，随着直流电机调速系统的不断更新与发展，作为控制系统的核心部件的微机，具有控制、监视、检测、故障诊断与故障处理的多功能电气传动系统正在形成。

由于近年来电力电子技术和微电子的快速发展，使得各种伺服电机控制的智能化功率集成电路系统正朝着模块化、数字化的方向发展[21~25]。

概括的说，伺服系统的发展趋势可以体现在以下几个方面：第一：全数字化。

新的伺服系统是高度集成化的、多功能的控制单元；同一个控制单元中，只要通过软件设置参数，就能改变其性能。

它可以通过接口与外部位置传感器或速度传感器构成高精度全闭环控制系统，也可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环控制系统；高度的集成还大大地缩小了整个系统的体积，简化了伺服系统的安装与调试。

第二：智能化。

智能化是工业控制设备的趋势，伺服驱动系统也逐渐向智能化方向发展。

伺服控制单元的智能化主要有以下几个特点：首先它们都具有记忆功能，所有系统的运行参数都保存在伺服单元的内部，这些参数都可以通过通信接口在计算机上修改，使用起来很方便；其次它们都有故障诊断的功能，当系统出现故障时，可以通过计算机把故障的类型以及故障的原因清楚地显示出来，极大地减少了维修与调试的时间；其次，某些伺服系统还具有特定的参数自整定功能，该伺服单元可以通过几次运行，将系统的参数整定出来，进而实现其最优化控制。

cpld的工作原理

cpld的工作原理

cpld的工作原理CPLD的工作原理CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种复杂可编程逻辑器件，它由可编程逻辑门阵列（PLA）和可编程内部连接器（I/O）组成。

CPLD具有高度灵活性和可编程性，能够实现各种逻辑功能，并广泛应用于数字电路设计和嵌入式系统中。

CPLD的工作原理主要包括配置和逻辑运算两个方面。

首先，CPLD需要通过配置来确定其内部的逻辑功能。

配置是指将设计好的逻辑电路结构以二进制位流的形式加载到CPLD中。

这个过程需要使用特定的配置软件，将逻辑电路设计转化为CPLD可以理解的配置文件。

然后，通过编程器将配置文件下载到CPLD芯片中。

一旦配置完成，CPLD就会按照配置文件中的逻辑电路结构进行工作。

CPLD的逻辑运算是指CPLD根据配置文件中的逻辑电路结构进行输入信号的处理和输出信号的生成。

CPLD内部的可编程逻辑门阵列（PLA）是CPLD实现逻辑运算的核心部件。

PLA由多个可编程逻辑门和可编程存储单元组成，它可以根据输入信号的状态进行逻辑运算，并将结果输出。

CPLD的输入信号通过可编程内部连接器（I/O）进入PLA，经过逻辑运算后，输出信号再通过I/O输出。

CPLD的逻辑运算可以实现多种不同的功能，如逻辑门电路、时序逻辑电路、状态机等。

其中，逻辑门电路是CPLD最基本的逻辑功能，它可以实现与门、或门、非门等逻辑运算。

时序逻辑电路是在逻辑门电路的基础上加入时钟信号，并通过时序元件（如触发器）实现时序控制。

状态机是一种复杂的逻辑电路，它可以根据输入信号的状态进行状态转移，实现更加复杂的逻辑功能。

CPLD的工作原理可以简单归纳为以下几个步骤：首先，通过配置软件将逻辑电路设计转化为配置文件；然后，通过编程器将配置文件下载到CPLD芯片中；接着，CPLD根据配置文件中的逻辑电路结构进行逻辑运算；最后，CPLD将处理后的结果通过输出端口输出。

总结起来，CPLD的工作原理是通过配置和逻辑运算实现的。