آشنایی با مدارهای برنامه پذیر

آشنایی با مدارهای برنامه پذیر

اسلاید 1: دانشگاه بوعلی سینادانشکده مهندسیگروه کامپیوترabbasi@basu.ac.irطراحی خودکار مدارهای دیجیتال آشنایی با مدارهای برنامه پذیربه نام خدا

اسلاید 2: مروری بر سخت افزارهای برنامه پذیر مقدمهحافظه فقط خواندني قابل برنامه ريزي(PROM)افزاره منطقي برنامه پذير ((PLD آرايه هاي منطقي قابل برنامه ريزي (PLA) منطق آرايه اي برنامه پذیر (PAL)منطق آرايه اي عمومي (GAL)تکنولوژی ساخت PLD ها

اسلاید 3: مقدمه مدارات برنامه پذیر تراشه های همه منظوره ای که قابليت پيكربندي برای کاربردهای مختلف را دارند .ويژگي محصولات مختلف و جنبه های رو به پیشرفت ظرفيت منطقيسرعتساختار داخليكاربردقابليت اطمينان شیوه برنامه ریزی

اسلاید 4: دسته بندی کلی حافظه های فقط خواندني برنامه پذير[1] (PROM)افزاره هاي منطقي برنامه پذير[2] (PLD)آرايه ی دروازه هاي برنامه پذير ميداني[3] (FPGA)[1] Read Only Memory[2] Programmable Logic Devices [3] Field Programmable Gate Array

اسلاید 5: انوع PLDافزاره هاي منطقي برنامه پذير ساده[1] (SPLD)افزاره هاي منطقي برنامه پذير پيچيده[2] (CPLD)[1] Simple Programmable Logic Devices[2] Complex Programmable Logic Devices

اسلاید 6: ظرفیت منطقی انواع تراشه های برنامه پذير

اسلاید 7: حافظه فقط خواندني قابل برنامه ريزي(PROM) حافظه شامل کل برنامه سیستم های کوچکبخشی از برنامه در سیستم های بزرگمدار تركيبي دو سطحيAND-OR طبقه AND ثابت طبقه OR قابل برنامه ریزیمناسب براي پیاده سازی مدارات به فرم SOMبخش ترکیبی مدارات حالت

اسلاید 8: انواع(PROM) One Time Programmable (OTP)PROMReProgrammable (RP)EPROM (UVROM)EEPROM

اسلاید 9: افزاره هاي منطقي برنامه پذير ساده (SPLD) معادل حداكثر 200 گيت NAND با اسامی PLA (Programmable Logic Array)PAL (Programmable Array Logic)GAL (Generic Array Logic)PLD (Programmable Logic Device)در این ابزارهای ارایه ای از گیتهای ANDو OR در ورودی و خروجی افزاره دیده می شود. در دو نوع OTP و RP کاربرد: ماشين هاي حالت ساده، شمارنده ها

اسلاید 10: افزاره منطقي قابل برنامه ريزي پيچيده CPLD)) نوعا معادل 2 تا 64 SPLD اسامی EPLD (Erasable Programmable Logic Devices)PEEL (Programmable, Electrically Erasable Logic)EEPLD (Electrically Erasable Programmable Logic Devices)MAX (Multiple Array Matrix, Altera) انواع فن آوري هاي ساخت FLASH , SRAM , EPROM و EEPROMفرار و غير فرار امکانISP نسبت بهFPGA گرانتر ولی ولي كارايي بالاتر و قابليت پيش بيني زماني

اسلاید 11: آرايه هاي منطقي قابل برنامه ريزي PLA مدار تركيبي دو سطحي AND-OR هر دو طبقه قابل برنامه ریزیپیاده سازی عبارات بفرم جمع حاصلضرب هر دروازه AND = هر جمله ضربي دلخواهتعداد AND ها محدود دروازه هاي OR = تعداد خروجي ها

اسلاید 12: آرايه هاي منطقي قابل برنامه ريزي PLA معرفي يك PLA تعداد ورودي هاتعداد خروجي هاتعداد جملات ضربي (AND ها) يك PLA ي n×m با p جمله ضربي n ورودي m خروجي p عدد AND ي 2n ورودي معمولا تعداد جملات ضربي (p) خيلي كمتر تعداد جملات مينيمم (2n)

اسلاید 13: يك PLA كوچك 3×4 با 6 جمله ضربي

اسلاید 14: PLA با نمایش فشرده

اسلاید 15: الگوی برنامه ریزی PLA برای یک مدار نمونه

اسلاید 16: عبارات بولی معادلO1 = I1.I2 + I1’.I2’.I3’.I4’O2 = I1.I3’ + I1’.I3.I4 + I2O3 = I1.I2 + I1.I3’ + I1’.I2’.I4’ جملات ضربی مشترک = امکان جایگیری

اسلاید 17: برنامه ریزی PLA برای ایجاد توابع صفر و یک

اسلاید 18: يك مثال نوعي از PLA 82S100 (اواسط 1970)16 ورودي 48 دروازه AND 8 خروجي تعداد فیوزهاصفحه AND (AND Plane) 1536=2×16×48 صفحه OR (oR Plane) 384= 48×8

اسلاید 19: معایب PLA دو صفحه قابل برنامه ريزي هزينه ساخت بيشترتاخير انتشار بيشتر PAL اين مشكل را رفع می کند. AND های قابل برنامه ریز و OR ثابتامروزه PLA ها در ASIC ها استفاده مي شود ASIC: Application Specific Integrated Circuit

اسلاید 20: منطق آرايه اي برنامه پذیرPAL دو سطحي طبقه AND قابل برنامه ريزي طبقه OR ثابت يك صفحه قابل برنامه ريزي هزينه ساخت پايين ترسرعت بالاتر حالت خاصي از PLA داشتن پين هاي دوطرفه (ورودي/خروجي)

اسلاید 21: منطق آرايه اي برنامه پذیرPAL برای هر گيت OR تعداد جملات AND محدود است وجود XOR و MUX PAL ترتيبي حاوی فليپ فلاپبرای پياده سازي مدارات ترتيبي PAL ترکيبي بدون فليپ فلاپبرای پياده سازي مدارات ترکيبي

اسلاید 22: منطق هاي آرايه اي قابل برنامه ريزي تركيبي Combinational PALs المان حافظه اي ندارد PAL16L8 يك PAL تركيبي 16 ورودي و 8 خروجي 6 پين دوطرفه تراشه 20 پینصفحه AND آن داراي 64 سطر و 32 ستون ( با توجه به 16 ورودی) برخلاف PLA دروازه هاي AND نمي تواند به اشتراك گذاشته شودهر OR یک تابع شامل 7 جمله ضربیجمله ضربی هشتم (دروازة فعال ساز خروجي)

اسلاید 23:

اسلاید 24: شماتیک پایه های PAL16L8

اسلاید 25: پایه های دوطرفه I/O صرفا ورودي دروازه فعال ساز، صفر برنامه ریزی شودصرفا خروجي خروجی در هیچ جمله ضربی استفاده نشوددروازه فعال ساز خروجی همیشه یا بسته به ورودی فعال می شودعبور اول (جملة كمكي) يك مدار بزرگتر دروازه فعال ساز خروجي بطور ثابت يك برنامه ريزي می شود خروجی در ورودي جملات ضربي نيز استفاده شود بصورت يك بازخورد دروازة فعال ساز آن دائم فعال به يكي از جملات ضربي خودش وصل شود

اسلاید 26: پیاده سازی مدارهای با بیش از هفت جمله ضربي اتصال هر خروجي بطور بازگشتي به ورودي جملات ضربي خروجي هاي ديگر مدار بصورت چهار طبقه AND-OR-AND-OR تاخير انتشار مدار دو برابرچند خروجي را اشغال مي كنند

اسلاید 27: PAL20L8 يك ‍PAL تركيبي ديگر مشابه PAL16L8 است چهار پایه (صرفا ورودي) اضافی8 ورودي اضافی برای هر جمله ضربیساختار خروجي این تراشه كاملا مشابه PAL16L8 است یک تراشه 24 پایه

اسلاید 28: منطق آرايه اي قابل برنامه ريزي ترتيبي Sequential PALخروجي ثبت شده دارند مدارات ترتیبی PAL16R8 يك نمونه PAL ترتيبي 8 ورودي اصلييك ورودي كلاك يك ورودي مشترك جهت كنترل خروجي(OE-L )8 خروجي يك تراشه 20 پايه

اسلاید 29: منطق آرايه اي قابل برنامه ريزي ترتيبي Sequential PALPAL16R8 طبقات AND-OR دقيقا مشابه PAL16L8 يكسري D فليپ فلاپ دارد كه بين طبقه OR و 8 خروجي CLK مشترک براي تمام فليپ فلاپ ها (لبه بالا رونده)خروجي هاي فليپ فلاپ ها نيز مي توانند وارد آرايه AND-OR شوند بدون عبور از بافر هاي سه حالته تغيير وضعيت فلیپ فلاپ ها حتی در صورتی که خروجي ها غير فعال

اسلاید 30:

اسلاید 31: PAL16R6 6 عدد خروجي داراي فليپ فلاپدو خروجي بدون فليپ فلاپ بنامIO8 وIO1 دوطرفه ورودي يا خروجي تركيبي هر کدام كنترل با خروجي مستقل

اسلاید 32:

اسلاید 33: معرفی تعدادی PAL استاندارد در PAL20XX عدد 20 تعداد سيگنال هاي ورودي دروازه هاي AND در PAL16XX عدد 16 تعداد سيگنال هاي ورودي دروازه هاي AND

اسلاید 34: معرفی تعدادی PAL استاندارد

اسلاید 35: منطق آرايه اي عمومي (GAL)نوعیPLD ترتيبي كه ابتدا Lattice Semicondoctor ارائه کرد GAL16V8 يك نمونه GAL تقليد عملكرد هر PAL تفاوت امكان پاك شدن بصورت الكتريكي قابلیت برنامه ريزي مجدد است دو فيوز كنترل معماري جهت انتخاب یکی از سه پيكربندي 16V8C، 16V8S و 16V8Rدو تای اول ترکیبی و سومی ترتیبی است.

اسلاید 36: منطق آرايه اي عمومي تركيبي (Combinational GAL)پيكربندي GAL16V8Cبصورت تركيبي مانند PAL16L8 C=Complex يك گيت XOR بين خروجي هر OR و بافر سه حالته خروجي XOR بعنوان يك معكوس كننده قابل برنامه ریزیبه اين فيوز كنترل پلاريته خروجي گفته می شودگاهی پیاده سازی مکمل تابع ساده تر است GAL20V8 میتواند معادلPAL20L8 پیکربندی شود

اسلاید 37:

اسلاید 38: منطق آرايه اي عمومي تركيبي (Combinational GAL)پيكربندي GAL16V8S کمتر استفاده می شودچون قابلیت های آن زیر مجموعه ای از حالت 16V8C بجای دروازه AND كنترل خروجي با استفاده فیوز (دائمی)تنها مزیت آن در مقایسه با 16V8C وجود 8 دروازه AND در مقابل 7

اسلاید 39: منطق آرايه اي عمومي ترتيبي (Sequential GAL)پيكربندي كه GAL16V8R همه خروجي ها از فليپ فلاپ عبور مي كند كلاك مشترك يك سيگنال مشترك فعال ساز درشت سلول منطقی خروجی

اسلاید 40: مدار داخلی GAL16V8 درحالت 16V8R

اسلاید 41: مدار داخلی GAL20V8 در حالت 20V8R

اسلاید 42: مدار داخلی GAL22V10

اسلاید 43: درشت سلول منطقی با خروجی ثبت شده مربوط به GAL22V10

اسلاید 44: درشت سلول منطقی با خروجی ترکیبی مربوط به GAL22V10

اسلاید 45: شماتیک پایه های تعدادی GAL استاندارد