简易计算器pld实现.docx
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简易计算器pld实现
毕业设计(论文)
题目:
简易计算器的PLD实现
本科毕业设计(论文)
诚信承诺书
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文)《简易计算机的PLD实现》是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用、表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班级:
学号:
作者姓名:
年月日
xx大学xx学院
机电 系 电子信息工程 专业
毕业设计论文任务书
一、题目及专题:
1、题目 简易计算器的PLD实现
2、专题
二、课题来源及选题依据
随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入,EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。
随着技术市场和人才市场对EDA的需求不断提高,本毕业设计课题就围绕此中心展开工作。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:
1.两个无符号的8位二进制的相加;
2.两个无符号的8位二进制的相减(被减数>=减数);
3.两个无符号的4位二进制的相乘;
四、接受任务学生:
班 姓名
五、开始及完成日期:
自年月日至年月日
六、设计(论文)指导(或顾问):
指导教师 签名
签名
签名
教研室主任
〔学科组组长研究所所长〕 签名
系主任 签名
xxxx年xx月xx日
摘要
电子设计自动化(EDA)的实现是与CPLD/FPGA技术的迅速发展息息相关的。
CPLD/FPGA是80年代中后期出现的,其特点是具有用户可编程的特性。
利用PLD/FPGA,电子系统设计工程师可以在实验室中设计出专用IC,实现系统的集成,并且具有静态可重复编程或在线动态重构特性,使硬件的功能可像软件一样通过编程来修改,极大地提高了电子系统的灵活性和通用能力。
近年来,电子技术飞速发展,数字电路中PLD(可编程逻辑器件)是目前应用最灵活的器件,而MAX+PLUSⅡ(复阵列矩阵及可编程逻辑用户系统)是专为开发74等系列器件的软件中最成熟,功能最全面,适用范围非常广泛的软件之一。
本次设计主要采用74系列器件,在MAX+PLUSⅡ中完成电路的设计和完善,并在此软件中进行仿真,设计者可以直观地测试其逻辑功能及性能指标。
关键词:
自动化;可编程逻辑器件;复阵列矩阵及可编程逻辑用户系统
Abstract
Electronicdesignautomation(EDA)realizationandthefastdevelopmentofCPLD/FPGAtechniquearevitallyrelated.CPLD/FPGAarisesfromthemiddleandlaterstageof80age,whosefeatureishavinguserprogrammablecharacter.UsingCPLD/FPGA,electronicsystemdesignengineerscandesigndedicatedICinthelaboratorysothatrealizesystematicintegration,andithasstaticrepeatedlyprogrammableandonlinedynamicrebuildedcharacter,andmakesthefunctionofhardwarecanamendbyprogramminglikesoftware,whichimprovestheflexibilityanduniversalabilityofelectronicsystemvastly.
Inrecentyears,electronictechniquehasdevelopedfast,indigitalcircuitPLD(ProgrammableLogicDevice)applicationisthemostflexibledevicenow,butMAX+PLUSⅡ(pluralarraymatrixandprogrammablelogicusersystem)isoneofthematurest,themostoverallfunctionalsoftwarewhosesuitablerangeisverywidespread.Thisdesignmainlyuses74seriesofdevicetocompletethedesignandimprovementofcircuitinMAX+PLUSⅡ,andsimulatesinthissoftware,thedesignercantestitslogicfunctionandperformanceindexocularly.
Keywords:
automation;ProgrammableLogicDevice;pluralarraymatrixandprogrammablelogicusersystem
1绪论
当今世界,科学技术飞速发展,电子产品日新月异,新的器件不断涌现。
仅就逻辑器件这一小小的“家族”而言,短短儿十年的时间就己经发生了翻天覆地的变化,从每片只有儿十个组件的小规模逻辑集成电路发展到在一块不到几个mm2的芯片上就拥有十几万、几十万甚至更多组件的大规模和超大规模集成电路,而且器件的性能始终在飞速提高,而价格却在急剧下降。
与此同时,大批新结构、新工艺、新功能的新型产品也在不断投放市场。
可编程逻辑器件(PLD)就是逻辑器件这一“家族”中的一个别具特色的新成员。
1.1PLD概论
在微处理器及内存等方面,已有了超大规模集成电路(VLSI),在逻辑器件方面出现了专用集成电路ASIC芯片,作为ASIC一个分支的可编程逻辑器(PLD)是近几年发展起来的一种实用硬件技术。
它属于集成电路的一种,具有集成度高、成本低、设计灵活和保密性好等特点,现已广泛应用于计算机、通信、信号处理、工业控制等方面。
在我国随着改革开放的步伐加快和经济建设的迅速发展,对PLD器件的需求已越来越大。
PLD几乎能满足数字系统和自动控制系统等各方面的要求,小至编码器,译码器,计数器以及寄存器等各种组合电路和时序电路;大至微处理器系统、存储控制、图形图像处理系统、总线接口、通信、外围设备、工业控制以及军用系统等,PLD都显示出良好的适应性。
我国ASIC的设计和生产能力都比较薄弱,而绝大多数电子产品的密度和速度不是太高,批量也比较小。
因此,广泛使用PLD器件是非常适合提高我国电子产品性能和竞争能力的主要技术措施之一,应当大力普及推广。
1.2PLD的发展史
历史上,可编程逻辑器件经历了从PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD和FPGA等的发展过程,在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面都有很大的改进和提高。
可编程逻辑器件大致的演变过程如下:
1.七十年代,熔丝编程的PROM和PAL器件是最早的可编程逻辑器件。
2.七十年代末,AMD公司开始推出PAL器件。
3.八十年代初,Lattice公司发明可电擦写的、比PAL使用更灵活的GAL器件。
4.八十年代中期,Xilinx公司提出现场可编程概念,同时生产了世界上第一片FPGA器件。
同一时期,Altera公司推出EPLD器件,较GAL器件有更多的集成度,可以用紫外线或电擦除。
5.八十年代末,Lattice公司又提出在系统可编程技术,并且推出了一系列具备在系统可编程能力的CPLD器件。
6.进入九十年代后,可编程逻辑集成电路技术进入飞速发展时期。
1.3PLD的分类
可编程逻辑器件种类较多,工艺上采用CMOS,TTL,ECL技术,并不断向更高速、更高密度、更强功能、更灵活的方向发展。
可编程逻辑器件PLD主要有以下几种:
可编程只读存储器PROM(ProgrammableReadOnlyMemory);
可编程逻辑数组PLA(ProgrammableLogicArray);
可编程数组逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic);
通用数组逻辑GAL(GenericArrayLogic);
现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArray);
其它可编程逻辑器件,如可编程逻辑时序机PLS、可编程多路转接器PMUX、可编程二极管矩阵PDM等。
它们之间的关系可见图1.1:
图1.1几种PLD的相互关系
集成度是集成电路的一项重要指标,如果从集成度上分类,可分为低密度可编程逻辑器件(LDPLD)和高密度可编程逻辑器件(LDPLD)。
历史上,GAL22VIO是简单PLD和复杂PLD的分水岭,一般也按照GAL22VIO芯片的容量区分为LDPLD和HDPLD.CAL22VIO的集成度根据制造商的不同,大致在500门/750门之Ifb1。
如果按照这个标准,PROM,PLA,PAL,GAL器件属于低密度可编程逻辑器件,而EPLD,CPLD和FPGA属于高密度可编程逻辑器件,
1.4各类PLD的结构及特点
1.4.1PAL器件
PAL是一种现场可编程的阵列逻辑器件,其内部由“与”阵列和“或”阵列两部分组成,“与”阵列的输出是“或”阵列的输入信号,“与”阵列可编程而“或”阵列固定。
PAL器件在逻辑设计中具有以下优点:
可编程取代传统的逻辑器件,减少器件数目至少四倍,从而节省空间;加快和简化了原始样机设计和电路布线过程,采用TTL,ECL,CMOS三种不同工艺制造,满足不同要求,利于提高系统速度,具有可编程三态门;可由PROM编程器编程,特殊措施防止非法复制,即加密PAL器件,将保密熔丝烧断后,不能读出内部阵列码点。
可是PAL器件的输出方式是由器件类别决定的,不可以编程组态,并且只有CMOS工艺的PAL器件才可采用紫外线或电擦除。
1.4.2GAL器件
GAL器件是在PAL基础上发展起来的,其结构仍是可编程的“与”阵列驱动固定的“或”阵列,只是所有GAL器件的输出端都有输出逻辑宏单元OLMC(OutputLogicMacroCell)的结构,正是这个结构决定了GAL器件可重组态的功能。
GAL器件继承了PAL可编程的特点,同时还具有自己独特的优点:
GAL器件采用高速电可擦除CMOS工艺制造,可最大程度地提供可测试功能以及生产工艺质量,它的随时可擦除性最适合样机的研制和错误的修改;GAL器件的CMOS低功耗使系统的温度低、高性能持久,并使得电路设计可以有较高的功能集成度,从而芯片数、印制板尺寸大大减小,GAL器件速度不低于除ECL电路之外的任何工艺生产的器件速度,GAL器件的输出逻辑宏单元OLMC利于用户按需要对输出组态以实现所要求的功能和结构,GAL器件具有保密性。
其缺点是:
集成度不高(含200-300个门),1/0管脚数少。
1.4.3FPGA
FPGA是门阵列技术和可编程逻辑器件技术发展的结果,目前有Xilinx,Altera,Actel、Sign.tics四大公司的产品,他们分别采用不同的体系结构、工艺技术和编程方法,其中Xil
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