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第六章可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD是由用户借助计算机和编程设备对集成电路进行编程，使之具有预定的逻辑功能，成为用户设计的ASIC芯片。
近年来，可编程逻辑器件从芯片密度上、速度上发展相当迅速，已成为集成电路的一个重要分支。
本章要求读者了解PLD器件的工作原理，掌握用可编程逻辑器件设计数字电路的方法。
为掌握使用电子设计自动化和可编程逻辑器件设计电路系统的后续课程打下良好的基础。
第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）可编程逻辑器件PLD基本结构可编程逻辑器件PLD包括只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等。
它们的组成和工作原理基本相似，其基本结构由与阵列和或阵列构成。
与阵列用来产生有关与项，或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。
在数字电路中，任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式，因而用“与门－或门”两级电路可实现任何组合电路，又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。
（二）可编程逻辑器件分类1.按编程部位分类PLD有着大致相同的基本结构，根据与阵列和或阵列是否可编程，分为三种基本类型：（1）与阵列固定，或阵列可编程；（2）与或阵列均可编程；（3）与阵列可编程，或阵列固定。
2.按编程方式分类（1）掩膜编程；（2）熔丝与反熔丝编程；（3）紫外线擦除、电可编程；（4）电擦除、电可编程；（5）在系统编程（Isp）。
（三）高密度可编程逻辑器件HDPLD单片高密度可编程逻辑器件HDPLD（High Density Programmable Logic Device）芯片内，可以集成成千上万个等效逻辑门，因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。
HDPLD器件在结构上仍延续GAL的结构原理，因而还是电擦写、电编程的EPLD 器件。
第6章习题解答1. 电路如图6-1所示，试分析其功能。
（1）写出驱动方程、次态方程和输出方程；（2）列出状态表，并画出状态图和时序波形。
图6-1 题1图z解 （1）根据图6-1写出驱动方程'1'21Q Q D =， 12Q D =将其代入D 触发器的特性方程，得每一触发器的状态方程'1'21*1Q Q D Q ==12*2Q D Q ==输出方程为 CP Q z ⋅=2（2）由状态方程可列出状态表如表6-1所示。
按表00，可作出时序波形图如图6-2（b ）所示。
图6-2 题1状态图和波形图CP Q 2Q 1z(a )(b )2. 时序电路如图6-3所示。
（1）写出该电路的状态方程、输出方程；（2）列出状态表，画出状态图。
图6-3 题2图解 （1）驱动方程 x K J ==11 122xQ K J ==将其代入JK 触发器的特性方程，的状态方程21'21*21'1*1)'('Q xQ Q xQ Q Q x xQ Q +=+=输出方程 21Q xQ z =（2）假定一个现态，代入状态方程，得出对应的次态和输出状态，列表表示即得状态表，如表6-2所示。
由此算出状态图，如图6-4所示。
表6-2 题2状态表图6-4 题2的状态图3. 某计数器的输出波形如图6-5所示，试确定该计数器是模几计数器，并画出状态图。
图6-5 题3图CP Q A Q B QC解 由波形图画出状态图，Q C 为高位，Q A 为最低位。
010000001100011101Q C Q B Q A故该波形显示的计数器的计数模为六。
4. 分析如图6-6所示的同步时序电路。
图6-6 题4图解 （1）有题图得到各级触发器的驱动方程为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====34231242'3'11)'(Q D Q D Q D Q Q Q Q D（2）列出状态方程为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧========34*423*312*242'3'11*1)'(Q D Q Q D Q Q D Q Q Q Q Q D Q由驱动方程和状态方程可以确定，该电路是移位寄存器型时序电路，其电路的状态转移决定于第一级的驱动信号。
第6章 逻辑代数基础6.2 授课的几点建议6.2.1 基本逻辑关系的描述基本逻辑关系有“与”、“或”、“非”三种，在本教材中采用文字叙述和常开触点、常闭触点的串、并联等形式来加以描述。
还有一种描述逻辑关系的图，称为文氏图（V enn diagram ）。
图6.1(a)圆圈内是A ，圆圈外是A ；图6.1(b)圆圈A 与圆圈B 相交的部分是A 、B 的与逻辑，即AB ；图6.1(c)圆圈A 与圆圈B 所有的部分是A 、B 的或逻辑，即A +B 。
与逻辑AB 也称为A 与B 的交集（intersection ）；或逻辑A +B 也称为A 和B 的并集（union ）。
(a) 单变量的文氏图 (b) 与逻辑的文氏图 (c) 图6.1 文氏图6.2.2 正逻辑和负逻辑的关系正逻辑是将双值逻辑的高电平H 定义为“1”，代表有信号；低电平L 定义为“0”，代表无信号。
负逻辑是将双值逻辑的高电平H 定义为“0”，代表无信号；低电平L 定义为“1”，代表有信号。
正逻辑和负逻辑对信号有无的定义正好相反，就好象“左”、“右”的规定一样，设正逻辑符合现在习惯的规定，而负逻辑正好反过来，把现在是“左”，定义为“右”，把现在是“右”，定义为“左”。
关于正、负逻辑的真值表，以两个变量为例，见表6.1。
表6.1由表6.1可以看出，对正逻辑的约定，表中相当是与逻辑；对负逻辑约定，则相当是或逻辑。
所以正逻辑的“与”相当负逻辑的“或”；正逻辑的“或”相当负逻辑的“与”。
正与和负或只是形式上的不同，不改变问题的实质。
6.2.3 形式定理本书介绍了17个形式定理，分成五类。
需要说明的是，许多书上对这些形式定理有各自的名称，可能是翻译上的缘故，有一些不太贴切，为此，将形式定理分成5种形式表述，更便于记忆。
所以称为形式定理，是因为这些定理在逻辑关系的形式上虽然不同，但实质上是相等的。
形式定理主要用于逻辑式的化简，或者在形式上对逻辑式进行变换，它有以下五种类型：1．变量与常量之间的关系；2．变量自身之间的关系；3．与或型的逻辑关系；4．或与型的逻辑关系；5．求反的逻辑关系——摩根（Morgan ）定理。
第六章存储器和可编程器件6.1 填空1、按构成材料的不同，存储器可分为磁芯和半导体存储器两种。
磁芯存储器利用 正负剩磁 来存储数据；而半导体存储器利用 器件的开关状态 来存储数据。
两者相比，前者一般容量较 大 ；而后者具有速度 快 的特点。
2、半导体存储器按功能分有 ROM 和 RAM 两种。
3、ROM 主要由 地址译码器 和 存储矩阵 两部分组成。
按照工作方式的不同进行分类，ROM 可分为 固定内容的ROM 、 PROM 和 EPROM 三种。
4、某EPROM 有8数据线，13位地址线，则其存储容量为 213×8 。
5、PLA 一般由 与ROM 、 或ROM 和 反馈逻辑网络 三部分组成。
6.2 D 0A 0D 1m(3,6,9,12,15)D 210D 3m(0,5,9,13)==∑=⋅=∑⎧⎨⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪ 6.3地址译码器A1A0D3 D2 D1 D0B1B0m 0m 156.4 1。
F Q Q Q Q Q Q Q F Q Q Q Q Q Q Q Q Q F Q Q 110212102210210210310=⋅+⋅+⋅=⋅⋅+⋅+⋅⋅=⋅⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪2、CP F1F2F36.5A AB BC C i-1i-1S i C i6.6 用PLA 实现BCD8421码十进制加法计数器和相应的显示译码电路。
D 1Q1Q1D2 Q2 Q2D3 Q3Q3D4Q4Q49 87654 3210a b c d e f ga b cdef g。
6章习题题解6.1 集成施密特触发器及输入波形如图题6.1所示，试画出输出u O的波形图。
施密特触发器的阈值电平U T+和U T-如下图。
图题6.1 [解]集成施密特触发器输出u O的波形如图解所示。
图解6.1图题所示为数字系统中常用的上电复位电路。
试说明其工作原理，并定性画出u I与u O 波形图。
假设系统为高电平复位，如何改接电路？图题图解[解] 工作原理分析如下(1) 当V CC刚加上时，由于电容C上的电压不能突变，u I为低电平，输出u O为低电平；随着电容充电，u I按指数规律上升，当u I≥U T时，输出u O变为高电平，完成了低电平复位功能。
波形如图解所示。
(2) 假设系统为高电平复位，仅将图中R，C互换位置即可。
图题是用TTL与非门、反相器和RC积分电路组成的积分型单稳态触发器。
该电路用图题所示正脉冲触发，R R off。
试分析电路工作原理，画出u O1、u I2和u O的波形图。
[解]工作原理分析如下9899触发信号未到来时，u I 为低电平，输出u O 为高电平；正触发脉冲到来时，u O1翻为低电平，此时由于u I2仍为高电平，输出u O 为高电平不变，电容通过R 放电，当u I2下降到U T 时〔u I 仍为高电平〕，输出u O 翻为高电平，暂稳态过程结束。
u O1、u I2和u O 的波形见图解。
6.4 集成单稳态触发器74121组成的延时电路如图题6.4所示，要求 (1)计算输出脉宽的调节范围； (2)电位器旁所串电阻有何作用？[解] (1) 输出脉宽：W ext ext W 0.70.7()t R C R R ==+,分别代入R W =0和22k Ω计算，可得t W的调节范围为：W 3.6mS 19mS t ≤≤。
(2) 电阻R 起保护作用。
假设无R ，当电位器调到零时，假设输出由低变高，那么电容C 瞬间相当于短路，V CC 将直接加于内部门电路输出而导致电路损坏。
6.5 集成单稳态触发器74121组成电路如图题6.5所示，要求(1)计算u O1、u O2的输出脉冲宽度；(2)假设u I 如图中所示，试画出输出u O1、u O2的波形图。
第六章习题课后一、选择题1．PROM和PAL的结构是。
A.PROM的与阵列固定，不可编程B. PROM与阵列、或阵列均不可编程C.PAL与阵列、或阵列均可编程D. PAL的与阵列可编程2．PAL是指。
A.可编程逻辑阵列B.可编程阵列逻辑C.通用阵列逻辑D.只读存储器3．当用异步I/O输出结构的PAL设计逻辑电路时，它们相当于。
A.组合逻辑电路B.时序逻辑电路C.存储器D.数模转换器4．PLD器件的基本结构组成有。
A.输出电路B.或阵列C. 与阵列D. 输入缓冲电路5．PLD器件的主要优点有。
A.集成密度高B. 可改写C.可硬件加密D. 便于仿真测试6．GAL的输出电路是。
A.OLMCB.固定的C.只可一次编程D.可重复编程7．PLD开发系统需要有。
A.计算机B. 操作系统C. 编程器D. 开发软件8．只可进行一次编程的可编程器件有。
A.PALB.GALC.PROMD.PLD9．可重复进行编程的可编程器件有。
A.PALB.GALC.PROMD.ISP-PLD10．ISP-PLD器件开发系统的组成有。
A.计算机B.编程器C.开发软件D.编程电缆11．全场可编程（与、或阵列皆可编程）的可编程逻辑器件有。
A.PALB.GALC.PROMD.PLA12.GAL16V8的最多输入输出端个数为。
A.8输入8输出B.10输入10输出C.16输入8输出D.16输入1输出13一个容量为1K×8的存储器有个存储单元。
A.8B. 8192C.8000D. 8K14．要构成容量为4K×8的RAM，需要片容量为256×4的RAM。
A. 8B.4C. 2D.3215．寻址容量为16K×8的RAM需要根地址线。
A. 8B. 4C.14D.16KE. 1616．RAM的地址码有8位，行、列地址译码器输入端都为4个，则它们的字线加位线共有条。
A.8B.16C.32D.25617．某存储器具有8根地址线和8根双向数据线，则该存储器的容量为。
第六章可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD是由用户借助计算机和编程设备对集成电路进行编程，使之具有预定的逻辑功能，成为用户设计的ASIC芯片。
近年来，可编程逻辑器件从芯片密度上、速度上发展相当迅速，已成为集成电路的一个重要分支。
本章要求读者了解PLD器件的工作原理，掌握用可编程逻辑器件设计数字电路的方法。
为掌握使用电子设计自动化和可编程逻辑器件设计电路系统的后续课程打下良好的基础。
第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）可编程逻辑器件PLD基本结构可编程逻辑器件PLD包括只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等。
它们的组成和工作原理基本相似，其基本结构由与阵列和或阵列构成。
与阵列用来产生有关与项，或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。
在数字电路中，任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式，因而用“与门－或门”两级电路可实现任何组合电路，又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。
（二）可编程逻辑器件分类1.按编程部位分类PLD有着大致相同的基本结构，根据与阵列和或阵列是否可编程，分为三种基本类型：（1）与阵列固定，或阵列可编程；（2）与或阵列均可编程；（3）与阵列可编程，或阵列固定。
2.按编程方式分类（1）掩膜编程；（2）熔丝与反熔丝编程；（3）紫外线擦除、电可编程；（4）电擦除、电可编程；（5）在系统编程（Isp）。
（三）高密度可编程逻辑器件HDPLD单片高密度可编程逻辑器件HDPLD（High Density Programmable Logic Device）芯片内，可以集成成千上万个等效逻辑门，因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。
HDPLD器件在结构上仍延续GAL的结构原理，因而还是电擦写、电编程的EPLD 器件。
A T V，、-、、/:第六章可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD 是由用户借助计算机和编程设备对集成电路进行编程，使之具有预定的逻辑功能，成为用户设计的ASIC 芯片。
近年来，可编程逻辑器件从芯片密度上、速度上发展相当迅速，已成为集成电路的一个重要分支。
本章要求读者了解PLD 器件的工作原理，掌握用可编程逻辑器件设计数字电路的方法。
为掌握使用电子设计自动化和可编程逻辑器件设计电路系统的后续课程打下良好的基础。
第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）可编程逻辑器件PLD 基本结构可编程逻辑器件PLD 包括只读存储器ROM 、可编程只读存储器PROM 、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等。
它们的组成和工作原理基本相似，其基本结构由与阵列和或阵列构成。
与阵列用来产生有关与项，或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。
在数字电路中，任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式，因而用“与门－或门” 两级电路可实现任何组合电路，又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD 的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。
（二）可编程逻辑器件分类1. 按编程部位分类PLD 有着大致相同的基本结构，根据与阵列和或阵列是否可编程，分为三种基本类型：（1）与阵列固定，或阵列可编程；（2）与或阵列均可编程；（3）与阵列可编程，或阵列固定。
2. 按编程方式分类（1）掩膜编程；（2）熔丝与反熔丝编程；（3）紫外线擦除、电可编程；（4）电擦除、电可编程；（5）在系统编程（Isp）。
（三）高密度可编程逻辑器件HDPLD单片高密度可编程逻辑器件HDPLD（High Density Programmable Logic Device ）芯片内，可以集成成千上万个等效逻辑门，因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。
HDPLD 器件在结构上仍延续GAL 的结构原理，因而还是电擦写、电编程的EPLD 器件。
思考题与习题6-1已知图T6-1所示为施密特触发器输入信号u I 的波形，请对应画输出信号u O 的波形。
图T6-16-2 在如图6-14所示的单稳态触发器电路中，已知R=10k Ω、C=0.1μF ，G 1的输出 电阻可忽略不计，试估算输出波形u O 的脉冲宽度。
代入得，脉宽t w=0.7ms6-3图T6-3所示电路是用两个集成单稳态触发器74121构成的脉冲波形变换电路，试计算u O1和u O2输出脉冲的宽度，并画出对应于u I 的u O1和u O2波形。
图T6-3RCt w 7.06-4图T6-4所示电路为可控多谐振荡器，已知tW等于振荡器输出脉冲周期的5倍，请对应u k画u O1和u O2的波形。
图T6-46-5试构成一个如图6-23所示的RC环形振荡器电路，要求振荡器输出信号的频率为1kHZ ，请估算R和C的数值。
若要求振荡频率为1HZ，则R和C又该为多少？解：T≈2.2RC，f=1KHZ，则T=1ms，因此，当f=1KHZ时，RC=0.45ms；当f=1HZ 时，RC=0.45s。
6-6试用555定时器构成一个单稳态电路，要求输出脉冲幅度≥10V，输出脉冲宽度在1-10秒范围内连续可调。
解：根据题意，用555定时器设计得单稳态触发器取R1=22K,R2=18K，分压后输入端电压为6.75V(电源电压为15V），一般的，555定时器得输出高电平不低于其电源电压得90%，因此选15v.则UO输出脉宽t W=1.1RC设C=1000μF,则1≤1.1R×1000×10-6≤ 10 909≤R ≤9K6-7图T6-7是用两个555定时器接成的延迟报警器。
当开关S 断开后，经过一定的延 迟时间后扬声器开始发出声音。
如果在延迟时间内S 重新闭合，扬声器不会发出 声音。
在图中给定的参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。
图中的G 1是CMOS 反相器，电源电压为12V 。
6.2 试作出101序列检测器得状态图，该同步电路由一根输入线X ，一根输出线Z ，对应与输入序列的101的最后一个“1”，输出Z=1。
其余情况下输出为“0”。
（1） 101序列可以重叠，例如：X ：010101101 Z ：000101001 （2） 101序列不可以重叠，如：X ：010******* Z ：0001000010 解：1）S 0：起始状态，或收到101序列后重新开始检测。
S 1：收到序列起始位“1”。
S 2：收到序列前2位“10”。
10101…X/Z0/01/0X/Z11…100…2）10101…X/Z0/0X/Z11…100…6.3对下列原始状态表进行化简：(a)解：1）列隐含表：A B CDC B ×A B CD C B ×AD BC ××(a)(b)2）进行关联比较 所有的等价类为：AD ，BC 。
最大等价类为：AD ，BC ，重新命名为a,b 。
3）列最小化状态表为：a/1b/0bb/0a/0aX=1X=0N(t)/Z(t)S(t)(b)N （t ）/Z （t ）S （t ）X=0 X=1A B/0 H/0B E/0 C/1C D/0 F/0D G/0 A/1E A/0 H/0F E/1 B/1G C/0 F/0H G/1 D/1解：1）画隐含表：2）进行关联比较：AC,BD,EG ,HF,之间互为等价隐含条件，所以分别等价。
重新命名为： a, b, e, h 3)列最小化状态表：N （t ）/Z （t ） S （t ）X=0 X=1a b/0 h/0b e/0 a/1 e a/0 h/0 h e/1 b/1试分析题图6.6电路，画出状态转移图并说明有无自启动性。
解：激励方程：J1=K1=1；J2=Q1n⎯Q3n，K2=Q1nJ2=Q1n Q2n，K2=Q1n状态方程：Q1n+1=⎯Q1n·CP↓Q2n+1=[Q1n⎯Q3n⎯Q2n+⎯Q1n Q2n]·CP↓Q3n+1=[Q1n Q2n⎯Q3n+⎯Q1n Q3n]·CP↓状态转移表：序号Q3Q2Q10 1 2 3 4 5 000 001 010 011 100 101偏离状态110Æ111111Æ000状态转移图状态转移图：Q3Q2Q1偏离态能够进入有效循环，因此该电路具有自启动性。
