六章节可编程逻辑电路.ppt
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1、第六章 可编程逻辑电路,“软件固化”, “以存代算”思想的体现,用软件设计硬件:硬件描述语言(HDL),硬件设计的进步:方便、灵活、可修改设计,用户可编程 设计方便 易于实现,主要内容: 可编程逻辑器件及应用,目录,6-2 只读存储器(ROM),6-3 随即存储器(RAM),6-4 可编程逻辑器件该述(PAD),6-5 通用阵列逻辑GAL,6-1 导论,6-6 现场可编程门阵列 FPGA,最常用的可编程逻辑器件,可编程逻辑器件PLD (Programmable Logic Device) 是一大类器件的总称,包括:,ROM (Read-Only Memory) 只读存储器,PLA (Progr
2、ammable Logic Array)可编程逻辑阵列,PAL (Programmable Array Logic)可编程阵列逻辑,GAL (General Array Logic)通用阵列逻辑,还有FPGA,CPLD等,6-1 导论,6-2 只读存储器(ROM),两大类存储器(Memory),ROM (Read-Only Memory),一旦信息写入,在机器上只读,RAM (Random-Access Memory),随机存储器,在运行状态可读可写,ROM功能,存放固定信息,程序,常数,指令,,ROM的优点,信息非“易失”(Nonvolatile),简单,容量大,ROM分类,ROM,PROM
3、,Mask PROM,EPROM,UV EPROM,E2PROM,Flash E2PROM,Standard E2PROM,OTP PROM,多次编程,一次编程,工厂编程,用户编程,只读存储器ROM分类,ROM结构,4字4位,ROM的工作原理,1,导通,导通,存储矩阵是一个“或”逻辑阵列,简化的 ROM存储矩阵阵列图,有二极管,无二极管,存储体或阵列可以画为:,地址译码:与阵列,ROM字数很大时,译码系统很复杂。,字数较大,采用多级译码,字数很少,一级译码,PROM,与阵列固定、或阵列可编程,8x4 ROM,8个存储单元,每个单元存储4位二进制数码。,512 x 8PROM芯片结构,存储阵列,
4、8-1Mux,ROM的应用,1、位扩展,用4片328ROM扩展成3232ROM。,【例】,2、字扩展,用256片(512x8) ROM芯片扩展成 128Kx8 ROM,【例1】,用2片(32x8) ROM芯片扩展成 128x4 ROM,【例2】,3、用存储器实现组合逻辑函数,【例1】,试用ROM设计一个八段字符显示的译码器。,电路图,【例2】,试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数,解:将原式化为最小项之和的形式,点阵图,4、字符发生器,字符:0、1点阵组成,例如:字母E,7x5点阵7x5 ROM,RAM按着工作原理分为:,6-3 随机存储器,1. 静态随机存储器SRAM,2. 动态随机存储器
5、DRAM,一、静态RAM的结构和工作原理,(1)静态存储单元 图中VT1VT4构成RS触发器,用 以存储二进制信息。 VT5、VT6为门控管,其状态由行 线(Xi)决定。 Xi=1时,VT5、VT6导通, Q和 的状态送至位线(Bj、 ) 上。VT7、VT8是每列存储单 元的门控管,其状态取决于 列线Yj。Yj=1时,VT7、VT8 导通,数据端D、和位线接 通,并通过三态门G1G3进 行读(输出)、写(输入) 等操作。,二、RAM的存储单元,由G1 G3三个三态缓冲器构成读写控制电路。 时,G2、G3截止,G1导通,数据D送至I/O线上,进行读出; 时,G1截止,G2、G3导通,I/O线上的
6、数据送入存储单元,进行写入。,一个三MOS管动态单元,信息存储在VT2管的栅极电容Cg上,用Cg上的电压控制VT2的状态。 读字线控制VT2管, 写字线控制VT1管。VT4管是同列若干存储单元的写入时的预充管,图7-2-3 三管动态存储单元,在进行读操作时,首先使位 线上的电容CD预充到VDD,然后 选通读字线为高电平,则VT3管 导通。如果Cg上的电压超过了 VT2管的开启电压,VT2和VT3 均导通,CD将通过VT2和VT3放 电到低电平。如果Cg上没有电荷VT2管截止,CD没有放电通路, 仍保持预充后的高电平。可见, 在读位线上获得的电平和栅极 电容Cg上的电平是相反的。通 过读出放大器
7、可将读位线上的 电平数据送至存储器的输出端。,图7-2-3 三管动态存储单元,在进行写操作时,控制写字线为高电平,使VT1管导通。由存储器输入端送来的信号传到写位 线,通过VT1管控制Cg 上的电位,将信息存储到Cg上。 因为Cg存在漏电,需要对 Cg上的信息定时刷新。可周 期性的读出Cg上信息到读位 线上,经过反相器,再对存 储单元进行写操作,即可完 成刷新。,该电路中的预充电作用很重要,可以防止存储电容C1(或C2)上的电荷在数据读出时有损失,以免输出的高电平受破坏。,6-4 可编程逻辑器件概述,PROM的特点:,地址字,一一对应,所需存储容量大,信息表完全,PLA针对ROM这一特点,逻辑
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