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可编程逻辑器件PLD及其开发

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Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ｉ ｈ ｏ ｃｄｅ ｃ ｈ ｔｃ ｎ ｂ ｏ ａ ｍ ｅ ｎ ｓ ｔ ｍ ． ｉ ｕｎ ｔｏｎ ｎｅ ｄｅ ａｎ ｂ ｓ ｒ ｃ ＰＩＤ ｓ ｔ ｅ ｌ ｇｉ ｖｉｅ ｔ ａ ａ ｅ ｐｒ ｇｒ ｍ ｄ ｉ ｙｓ ｅ Ｉｏｇ ｃ ｆ ｃ ｉ ｅ ｄ ｃ ｅ ａ ｈｉ ｖ ｄ ｙ ｓ ｎｇ ｉ ｃ ｅ ｅ ｂ ｕ ｉ ｔ， ｒ ｓ ｔｎ ｉ ｈｅ ｅ ｉ ｎ ｏｆ ｌ ｉ ｅ ｔ ｏｎ ｃ ｓ ｓ ｅ ｅ ｕｌｉ ｇ ｎ ｔ ｄ ｓ ｇ ｏｇ ｃ ｅｌｃ ｒ ｉ ｙ ｔ ｍ ｒ ｖ ｕ ｉ ｎａ ｙ ｈａ ｅ ｅ ｏｌ ｔｏ ｒ ｃ ｎｇ ｓ． Ｅｘ —
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｏｇ ａ ｍ ｅ ｏ ｃ ｄ ｖｉｅ；ｎ ｓ ｓ ｅ ｐｒ ｇｒ ｍ ｍ ａ ｅ； ｘｐ ｏｉａｔｏｎ ｄ ｐｒ ｒ ｍ ｄ ｌ ｇｉ ｅ ｃ ｉ ｙ ｔ ｍ ｏ ａ ｂｌ ｅ ｌ ｔ ｉ
自２ Ｏ世 纪 ６ Ｏ年 代 以 来 ， 字 集 成 电 路 ［ 已经 历 了 从 数 １
Ｓ ＩＭ Ｓ 到 Ｌ ＩＶＬ Ｉ 发 展 过 程 ， 着 集 成 技 术 的 发 展 Ｓ、 Ｉ Ｓ、 Ｓ 的 随 和 现 代 设 计 工 具 的 运 用 ， 设 计 者 可 以 直 接 设 计 出 系 统 使
所 需 的 专 用 集 成 电路 （ Ｉ ） 但 Ａ Ｉ ＡＳ Ｃ ， Ｓ Ｃ是 针 对 专 门 用 途 设 计 的 ， 能 用 于 特 定 的 应 用 ， 了 弥 补 ＡＳ Ｃ 的 缺 陷 ， ２ 只 为 Ｉ 在 Ｏ
维普资讯
第２ ２卷
第 ２期
宝 鸡 文 学 院学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｒ ａ ｆＢ ｏｉＣｏ ｌｇ ｆＡｒｓａ ｄ Ｓ ｉｎ ｅ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ｏｕ ｎ ｌｏ ａ ｊ ｌｅ ｅｏ ｔ ｎ ｃｅ ｃ 【 ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ）
ｐｌ ｔ ｔｏｎ ａｎ ｌ ｋｉ ｄｓ ｏｆｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａｒ ｓ ｕ ｓ ｄ，ｐｒ ｅ ｓ ｏｆｅ ｐｌ ｔ ｔｏ ｓ ｍ ａ ｎ ｙ ｉ ｔ ｏｄｕ ｅ ｏｉａ ｉ ｄ ａ ｌ ｎ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｅ ｄｉｃ ｓ ｅ ｏｃ ｓ ｘ ｏｉａ ｉ ｎ ｉ ｉｌ ｎ ｒ ｃ ｄ．Βιβλιοθήκη Ｖ０１ ２２ Ｎ Ｏ ２ ． ，
２０ ０ ２年 ６月
Ｊ ｎ， ０ ２ ｕ ２ ０
可 编 程 逻 辑 器 件 Ｐ Ｄ 及 其 开 发 Ｌ
张 正 喜
（ 鸡 文 理 学 院 电 子 电气 工 程 系 ， 西 宝 鸡 ７ １ ０ ） 宝 陕 ２ ０ ７
摘 要 ： Ｉ 是 可 以 由 用 户 在 系 统 现 场 进 行 编 程 的 逻 辑 器 件 。 通 过 对 器 件 编 程 使 之 实现 所 需 要 的 Ｐ Ｄ
逻 辑 功 能 ， 而给 数 字 电子 系统 设计 带来 了革 命性 的 变化 。 论 了可 编 程逻 辑 器件 的发 展 及 各 类 器件 的 从 讨
特 点 ， 重 介 绍 了 Ｐ 器 件 的 开 发 过 程 。 着 Ｉ Ｄ 关 键 词 ： Ｉ ； 系 统 可 编 程 ； 发 Ｐ 在 Ｄ 开 中 图分 类 号 ： ３ ２ ＴＰ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７１ ６ （ ０ ２ ０ —１ ８ ０ １ ０ — ２ １ ２ ０ ） ２０ ４ — ３
Ｐｒ ｇ ａ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ ｏ ｉ ｄ ｖｃ ｎ ｘ ｌｉａｉｎ ｂｅｌｇｃ ｅ ｉｅａ ｄ ｅ ｐ ｏｔｔｏ
ＺＨ Ａ Ｎ Ｇ ｅ Ｚｈ ｎｇ— ｘｉ
（ ｐ Ｅｌｃ ｒ ｎｃ Ｄｅ ｔ ｅ ｔｏ ｉｓ＆． ｅ ｔ Ｅｌｃ ．Ｅｎ ｎ ｇ ，Ｂａ ｊＣｏ ｌ ｏｉ ｉ．Ａｒｓ＆ Ｓ ｉ ｔ ． ｃ．，Ｂａ ｊ ７ １ ０ ， ａ ｎ ｉＣｈ ｎ ） ｏｉ ２ ０ ７ Ｓｈ ａ ｘ ， ｉａ
公 司 推 出 了可 编程 阵 列 逻 辑 Ｐ ＡＬ（ ｒｇ ａ Ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ Ａｒａ ｂｅ ｒｙ Ｌ ｇｃ ， 由 可 编 程 的 与 阵 列 和 固 定 的 或 阵 列 组 成 ， 用 ｏ ｉ） 它 采 ＴＴＬ工 艺 ， 只 能 一 次 性 编 程 ， 当 于 一 个 中 规 模 逻 辑 器 也 相 件 。２ 世 纪 ８ Ｏ Ｏ年 代 初 ， ａｔ ｅ公 司 发 明 了 通 用 阵 列 逻 辑 Ｌ ｔｉ ｃ 器 件 ＧＡ Ｇ ｎ ｒ ｒｙＬ ｇｃ 在 Ｐ Ｌ（ ｅ ｅｉ Ａｒａ ｏ ｉ）， ｃ ＡＬ 的 基 础 上 采 用 了输 出 逻 辑 宏 单 元 （ ＭＣ） 形 式 和 Ｅ Ｃ ０Ｌ 的 Ｅ Ｍ０Ｓ工 艺 ， 因 而具 有 可 擦 除 ． 重 复 编 程 、 据 可 长 期 保 存 和 可 重 新 组 可 数 合结构 等优点 。 ＧＡＬ 比 Ｐ ＡＬ 使 用 更 加 灵 活 ， ＡＬ 和 ＧＡＬ Ｐ 都 属 于 低 密 度 Ｐ Ｄ。 Ｌ ２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年 代 中 期 Ａｌ ｒ ｔ ａ公 司 推 出 了 新 型 的 可 擦 ｅ 除 、 编 程 逻 辑 器 件 Ｅ Ｌ Ｅ ａａ ｌ Ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ Ｌ ｇｃ 可 Ｐ Ｄ（ ｒｓｂｅ ｒｇａ ｂｅ ｏ ｉ
Ｄ ｖｅ． 用 Ｃ ｅｉ ）采 ｃ Ｍ０Ｓ和 ＵＶＥ Ｒ Ｐ ＯＭ 工 艺 ． 成 度 比 Ｐ 集 ＡＩ 和 ＧＡＬ 更 高 ． 计 也 更 加 灵 活 。 １ ８ 设 ９ ５年 Ｘ ｌ ｎ ｉ ｉｘ公 司 首 家 推 出 现 场 可 编 程 逻 辑 Ｆ ＧＡ （ ｉｌ Ｐ ｏ ｍｎｎａ ｌ Ｇａｅ Ｐ Ｆｅｄ ｒ ｇ １１ ｂｅ ｔ Ａ ｒ ｙ 高 密 度 器 件 ， 用 ＣＭＯＳ Ｓ ＡＭ 工 艺 ． 部 由许 多 ｒａ ） 采 —Ｒ 内 －

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PLD的原理与应用

PLD的原理与应用

PLD的原理与应用PLD是可编程逻辑器件（Programmable Logic Device）的缩写，也称为可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array），它是一种具有自适应功能的集成电路芯片，能够根据用户需求进行编程以实现特定的逻辑功能。

PLD有着广泛的应用领域，包括数字电路设计、通信系统、工控系统等。

PLD的基本原理是通过可编程逻辑元件（如可编程门阵列、可编程连接器件等）连接在一起，根据编程的逻辑功能实现信号的处理和控制。

PLD内部通常包含输入引脚、输出引脚、内部连接线、逻辑门和存储单元等。

当输入信号到达PLD时，内部的逻辑单元按照预先编程好的逻辑功能进行处理，并将结果输出。

用户可以通过编程方式配置PLD的逻辑功能，使其满足特定的需求。

PLD的应用主要分为两大类：数字逻辑设计和数据通信。

在数字逻辑设计中，PLD广泛应用于数字系统的开发和设计，可以实现各种复杂的数字逻辑功能，如逻辑门的组合、计数器、多路选择器、状态机等。

PLD的优势在于可以根据用户需求进行灵活的编程，并且能够满足不同规模和复杂度的设计需求。

在数据通信中，PLD可以用于实现各种通信协议和接口，例如串行通信接口（如UART、SPI、I2C等）、并行总线（如PCI、VME等）以及网络通信（如以太网、USB等）。

PLD的可编程特性使得它可以根据不同的通信要求进行逻辑配置，能够快速实现各种不同的通信协议和接口。

此外，PLD还被广泛应用于工控系统、自动化设备、仪器仪表等领域。

在工控系统中，PLD可以实现逻辑控制、信号处理、数据采集等功能，提高系统的可编程性和灵活性。

在自动化设备和仪器仪表中，PLD可以实现信号处理、测量与控制、故障诊断等功能，提高设备的智能化和可靠性。

总体而言，PLD以其可编程性、灵活性和高性能等特点在数字电路设计和通信系统中得到了广泛的应用。

它不仅可以帮助设计师快速实现各种复杂的逻辑功能，而且还能够满足不同领域和应用的需求。

PLD是可编程逻辑器件

PLD是可编程逻辑器件

PLD是可编程逻辑器件1. 什么是PLD可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简称PLD）是一类用于实现数字逻辑功能的集成电路。

与传统的固定功能的逻辑门电路不同，PLD可以通过编程来实现不同的逻辑功能。

PLD通常由一个或多个可编程的逻辑门阵列（PAL）和一个或多个可编程的互联网络（PEN）组成。

通过调整PLD中的逻辑阵列和互联网络的编程，可以实现不同的逻辑功能和电路连接。

2. PLD的分类根据逻辑阵列和互联网络的不同结构，PLD可以分为以下几类：2.1 可编程阵列逻辑（Programmable Array Logic，简称PAL）可编程阵列逻辑是较早期的PLD类型，它采用与阵列逻辑（Array Logic）相似的结构。

PAL由一个输入逻辑阵列和一个输出产品项逻辑阵列组成。

输入逻辑阵列根据编程的交叉点来产生AND逻辑函数，输出产品项逻辑阵列则产生OR逻辑函数。

2.2 可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array，简称PLA）可编程逻辑阵列是PLD的一种进化形式。

与PAL不同，PLA在输入逻辑阵列和输出产品项逻辑阵列之间加入了可编程的“与阵列”（AND-Plane），从而提供了更大的灵活性。

PLA在实现逻辑功能时，可以通过编程选择使用特定的与阵列。

2.3 具有可编程互联网络的CPLD与FPGA2.3.1 复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，简称CPLD）CPLD是一种相对较大规模的PLD，它不仅包含与阵列和产品项逻辑阵列，还包含了可编程的互联网络。

CPLD的互联网络可用于编程实现更复杂的电路连接。

CPLD通常由多个PAL、PLA、互联网络、时钟管理和输出驱动器等部分组成。

2.3.2 现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA）FPGA是目前最为灵活和功能最强大的PLD类型。

可编程逻辑器件(PLD)

可编程逻辑器件(PLD)

详细描述
PLD开发工具提供了完整的解决方案，包括设计输入、综合、布局布线、仿真和调试等功能。这些工 具支持多种PLD器件和编程语言，使得设计师能够高效地实现数字电路设计和PLD编程。
05
PLD的未来发展与挑战
PLD的未来发展趋势
更高的集成度
随着半导体工艺的进步，PLD将实现更高的集成度，具备更强大 的计算和数据处理能力。
现代阶段
随着技术不断发展，PLD 的集成度更高，功能更强 大，应用领域更广泛。
PLD的应用领域
通信领域
用于实现通信协议的转换、信号处理和调制 解调等功能。
工业控制
用于实现自动化控制、电机驱动和传感器数 据处理等功能。
数字信号处理（DSP）
用于实现图像处理、语音识别和数字信号处 理算法。
计算机硬件设计
安全与可靠性问题
随着PLD在关键领域的应用增加， 安全和可靠性问题成为关注的焦 点，需要加强安全机制和可靠性 设计。
知识产权保护
随着PLD技术的不断进步和应用 领域的拓展，知识产权保护成为 重要问题，需要加强知识产权保 护措施。
PLD的发展前景与展望
拓展应用领域
随着PLD技术的不断成 熟，其应用领域将进一 步拓展，尤其是在人工 智能、物联网、5G等领 域。
布线策略
选择合适的布线策略，确 保信号传输的可靠性和效 率。
物理验证
检查布局和布线后的设计 是否满足时序和功耗要求。
配置与下载
生成配置文件
根据设计结果，生成用于配置PLD的二进制 文件。
下载与配置
将配置文件下载到PLD中，完成硬件电路的 配置。
测试与验证
在实际硬件环境中测试设计的正确性和性能。
04
复杂可编程逻辑器件(CPLD)
PLD

PLD


1.3 使用PLD的基础
PLD入门学习单片机要简单的多 有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行 PLD的开发。 在实际应用时，还要有电路设计的经验、并具 备些大型电路的基本知识（如计算机等） 开发PLD需要了解两个部分： 1.PLD开发软件 2.VHDL

二. PLD开发工具软件
2.1、 软件概要 可以用自己熟悉的方法完成PLD设计： （原理图输入或HDL语言。） 由于PLD软件已经发展的相当完善，用 户不用详细了解PLD的内部结构 了解PLD开发软件和开发流程。 了解PLD的内部结构，将有助于提高我 们设计的效率和可靠性。（提高阶段）
3）具有层次结构性


VHDL程序在结构的一个特点是将一项工程设 计，或称设计实体(可以是一个元件、一个电 路模块或一个系统)。 对一个设计实体定义后，其他的工程设计中就 可以直接调用这个实体。
4）具有独立于器件的能力



VHDL设计的描述具有相对独立性，与硬件的 结构无关，也不必关心最终设计的目标器件工 艺是什么。 VHDL设计程序的硬件实现目标有广泛的选择 范围，其中包括各系列的CPLD、FPGA及各 种门阵列实现目标。 该特点有利于设计的电路在不同的器件上移植 实现。
2.2、如何获得PLD开发软件软件呢?

许多PLD公司都提供免费试用版或演示版(当然商业版大都是 收费的）， 例如：可以免费从 上下载Altera公司的 QuartusII （web版）。 Xilinx 公司也提供免费软件：ISE WebPack,这套可以从xilinx 网站下载。 Lattice 提供isplever Base版下载，Actel等公司也都有类似的 免费软件提供。 以上免费软件都需要在网上注册申请License文件，如果您对 License的安装还有不清楚，请仔细阅读相关网页上的说明。 通常这些免费软件已经能够满足一般设计的需要，当然，要想 软件功能更强大一些，只能购买商业版软件。