Proiectarea cu Circuite Logice Programabile

PROIECTAREA CU CIRCUITE LOGICE PROGRAMABILE

1. Scopul lucrarii

Lucrarea prezinta principalele tipuri de circuite programabile, etapele din cadrul procesului de

proiectare utilizând circuite logice programabile, structura sistemului CAD Xilinx WebPACK si un

exemplu simplu de proiectare utilizând acest sistem.

2. Consideratii teoretice

2.1. Circuite logice programabile

Circuitele logice programabile, cunoscute si sub forma acronimului PLD (Programmable Logic

Device), sunt circuite integrate care contin un numar mare de porti sau celule a caror interconexiune

poate fi configurata sau “programata” pentru a implementa orice functie combinationala sau

secventiala dorita. Pentru programarea circuitelor PLD se utilizeaza doua tehnici: programarea prin

masti, care se efectueaza în timpul procesului de fabricatie, sau programarea de catre utilizator, pentru

care se utilizeaza echipamente de programare cu costuri reduse. Multe circuite PLD pot fi

reprogramate de utilizator de multe ori, motiv pentru care ele sunt avantajoase pentru realizarea prototipurilor

unui nou produs.

Conexiunile programabile între elementele logice ale unui circuit PLD contin comutatoare

realizare de obicei cu tranzistoare sau antifuzibile (uneori fuzibile). Portile logice programabile ale

unui circuit PLD pot fi reprezentate în mod simplificat ca în Figura 6.1(b). În locul unor linii de intrare

multiple la fiecare din aceste porti, ca în Figura 6.1(a), în reprezentarea simplificata s-a figurat o

singura linie. Semnul × indica o conexiune programabila a unei linii de intrare la o poarta logica. Absenta

semnului × indica faptul ca respectiva conexiune a fost programata în starea deconectata.

Figura 6.1. Porti SI, respectiv SAU: (a) reprezentare obisnuita; (b) reprezentare simplificata pentru circuitele

PLD.

Exista mai multe tipuri de circuite care sunt denumite în mod generic circuite logice programabile

(PLD). Principalele tipuri sunt prezentate în continuare.

Arhitectura calculatoarelor - Lucrarea de laborator Nr. 6 2

2.1.1. Retele logice programabile

O retea logica programabila PLA (Programmable Logic Array) este similara ca si concept cu

o memorie ROM, cu exceptia faptului ca nu realizeaza decodificarea completa a variabilelor si nu genereaza

toti mintermii. Decodificatorul este înlocuit cu o retea de porti SI care poate fi programata

pentru a genera termenii produs ai variabilelor de intrare. Termenii produs sunt apoi conectati în mod

selectiv cu porti SAU pentru a genera suma termenilor produs pentru functiile booleene necesare.

Structura de baza a unui circuit PLA este prezentata în Figura 6.2.

Figura 6.2. Structura generala a unui circuit PLA.

Un circuit PLA poate implementa în mod direct un set de functii logice exprimate printr-un

tabel de adevar. Fiecare intrare pentru care valoarea functiei este adevarata necesita un termen produs,

si acestuia îi corespunde o linie de porti SI din primul etaj al circuitului PLA. Fiecare iesire corespunde

la o linie de porti SAU din al doilea etaj al circuitului. Numarul de porti SAU corespunde cu numarul

de intrari din tabela de adevar pentru care iesirea este adevarata. Dimensiunea totala a circuitului

PLA este egala cu suma dintre dimensiunea retelei de porti SI si dimensiunea retelei de porti SAU.

Din Figura 6.2 se observa ca dimensiunea retelei de porti SI este egala cu numarul de intrari multiplicat

cu numarul diferitilor termeni produs, iar dimensiunea retelei de porti SAU este egala cu numarul

de iesiri multiplicat cu numarul termenilor produs.

Pentru proiectarea unui sistem digital cu un circuit PLA, nu este necesar sa se indice conexiunile

interne ale circuitului, ci trebuie sa se specifice doar tabela de programare. Circuitele PLA pot fi

programate prin masti (în timpul fabricatiei) sau pot fi programate de catre utilizator. Circuitele PLA

programate de catre utilizator se numesc FPLA (Field Programmable Logic Array).