探索90年代电路板上的可编程逻辑器件（PLD）

可编程逻辑器件（PLD）是一种使用特定的编程技术实现数字电路的集成电路。它可以被编程为实现各种数字逻辑功能，这些功能在传统上需要使用多个离散的逻辑门或者其他类型的集成电路来实现。PLD的出现极大地推动了电子设计自动化（EDA）的发展，并广泛应用于电子系统的设计与原型构建。下面，我们将详细介绍PLD的基本原理、不同类型的PLD器件以及它们在90年代的应用情况。 ### PLD基本原理 PLD是基于可编程逻辑块、可编程互连和可编程I/O单元构建的。其核心部分是逻辑块，这些逻辑块可以是简单的逻辑门（如与门、或门、非门）或者更复杂的组合逻辑单元。这些逻辑块之间通过可编程互连网络连接，从而可以根据设计需求配置成特定的逻辑功能。 PLD的编程一般分为两种：一次性编程和多次编程。一次性编程的PLD在制造时不能更改，而多次编程的PLD则可以在制造后使用特定设备进行多次编程和擦除。 ### PLD的类型 1. **PAL（可编程阵列逻辑）**：PAL是早期PLD的一种，拥有固定的OR阵列和可编程的AND阵列，因此它能够实现特定的组合逻辑功能。由于其结构简单，PAL的编程相对容易。 2. **GAL（通用阵列逻辑）**：GAL是PAL的一个改进版，它引入了可擦写的存储单元，使得用户可以多次对器件进行编程和擦除。GAL还提供了更多的灵活性，因为它支持可编程的输出逻辑宏单元（OLMC），允许用户配置逻辑块的输出。 3. **FPGA（现场可编程门阵列）**：FPGA是目前最常见的PLD类型，它具有高密度和灵活性。FPGA由大量的逻辑块和可编程的互连组成，逻辑块通常包括查找表（LUT）以及寄存器。FPGA支持更复杂的逻辑实现，并且可以实现全数字系统级集成。 ### 90年代的PLD应用 在90年代，PLD器件广泛应用于电子设计中，尤其在原型设计、小批量生产或定制集成电路的场合。这些器件可以帮助工程师快速地实现从简单的逻辑控制到复杂的算法处理。 1. **原型设计**：PLD允许工程师通过软件工具将电路逻辑下载到器件中，从而快速验证电路设计的可行性。这极大地缩短了设计周期，减少了设计成本。 2. **微控制器外围设计**：PLD可以用来实现特定的微控制器外围功能，如接口逻辑、并行和串行通信接口等。 3. **数字信号处理**：FPGA在90年代开始被广泛应用于数字信号处理领域，如视频图像处理、音频处理、通信系统中的基带处理等。 4. **自定义计算引擎**：FPGA的高性能使其可以作为并行计算平台，用于实现专用的算法加速引擎。 随着技术的进步，PLD的发展也日新月异，出现了更加先进的器件和编程技术。例如，通过引入SoC（System on Chip）技术，FPGA不仅可以处理逻辑功能，还能集成处理器核心、RAM、各种通信接口等，成为完整的系统级解决方案。 ### 总结 可编程逻辑器件（PLD）的出现和普及极大地推动了电子设计的发展，它为工程师提供了一个灵活、强大的工具来实现各种数字逻辑功能。从90年代的PAL、GAL到现在的FPGA，PLD技术在不断进步，成为了现代电子系统设计不可或缺的一部分。通过掌握PLD的原理和应用，可以更有效地利用这种技术来解决复杂的电子设计挑战。