Логика приборы. Программируемые логические устройства (PLD): виды, принцип работы и применение

03.01.2020, hardwarebee

PLD означает Программируемое логическое устройство . Программируемое логическое устройство — это отдельная программируемая электронная микросхема, которую можно использовать в качестве элемента для построения цифровых схем, которые можно реконфигурировать. Программируемые логические устройства имеют программируемые элементы, которые можно модифицировать и запрограммировать с помощью специальной программы даже после того, как продукт покинет производственную площадку. По сравнению с PLD типичная ASIC/чип состоит из логических элементов и имеет фиксированную функцию, которая была разработана и запрограммирована для выполнения одной функции. В отличие от этих типичных интегральных схем, программируемые логические устройства могут быть переконфигурированы для выполнения различных функций в зависимости от требований пользователя.

Программируемые логические устройства содержат несколько логических элементов, таких как триггеры, а также вентили И и ИЛИ, которые могут быть сконфигурированы пользователем. Внутренняя логика и соединения могут быть изменены пользователем в процессе программирования, который выполняется с помощью специального программного приложения.

Программируемые логические устройства иногда состоят из нескольких предохранителей, которые не повреждены в оригинальном, незапрограммированном PLD. когда вы программируете логическое устройство и подтверждаете взаимосвязи, вы, по сути, перегораете предохранители, чтобы сделать соединения постоянными в определенной конфигурации в соответствии с вашим проектом.

Чтобы запрограммировать программируемое логическое устройство, вы должны убедиться, что используете правильное программное обеспечение и правильный язык для взаимодействия с технологией. Скорее всего, вы будете использовать язык описания оборудования или HDL. Если вы ищете язык более высокого уровня для сложных устройств, вы можете использовать VHDL или Verilog.

Вам также понадобится программатор устройств, чтобы перенести логическую схему, которую вы разработали на данном аппаратном языке, на программируемое логическое устройство.

Существует несколько различных типов программируемых логических устройств, каждое из которых имеет различные программируемые функции. Они следующие:

• Программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM)

В типичном программируемом постоянном запоминающем устройстве, или ППЗУ, ввод подается в фиксированную матрицу И, которая действует как декодер, а затем обрабатывается через программируемую матрицу ИЛИ перед выдачей вывода.

• Логика программируемой матрицы (PAL)

Устройство Programmable Array Logic, или PAL, состоит из программируемого массива И, а затем фиксированного массива ИЛИ в этой последовательности. Таким образом, выход этих устройств будет представлять собой комбинацию входов в виде суммы продуктов. Эти устройства обычно имеют массив транзисторных ячеек.

• Программируемая логическая матрица (PLA)

PLA, или программируемая логическая матрица, состоит из двух последовательно расположенных программируемых матриц И и ИЛИ, расположенных между входом и выходом.

• Комплексное программируемое логическое устройство (CPLD)

В CPLD или сложном программируемом логическом устройстве имеется набор блоков, каждый из которых состоит из программируемых логических устройств, которые затем соединяются глобальной матрицей взаимосвязей. Как пользователь, у вас есть возможность запрограммировать отдельные блоки программируемого логического устройства, а также межсоединения, которые соединяют различные блоки PLD друг с другом. Подробнее о CPLD читайте здесь.

• Программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA)

ПЛИС обычно состоят из программируемой логической матрицы, программируемой матрицы маршрутизации и программируемых входов/выходов. Программируемая логическая структура в основном представляет собой двумерный массив логических блоков, которые могут быть сконфигурированы пользователем. Программируемые маршруты — это каналы маршрутизации и соединительные или переключающие коробки, которые соединяют различные блоки и контакты вместе в цепи. Наконец, вы также можете настроить контакты буфера ввода/вывода и определить, какие контакты на микросхеме функционируют как входные, выходные или входные/выходные контакты. Подробнее о ПЛИС читайте здесь.

• Программируемые логические устройства обеспечивают пользователю большую гибкость в процессе проектирования. Это связано с тем, что операции проектирования основаны на изменении всего программного файла. Эти изменения ощутимо прослеживаются внутри рабочих органов и конструкции ПЛД.
• Программируемые логические устройства сравнительно меньше по размеру и занимают меньше места на плате. В результате они также имеют более короткое время сборки и относительно более простой процесс сборки сам по себе. Это также приводит к снижению затрат.
• Программируемые логические устройства потребляют меньше энергии, а также характеризуются меньшим набором межсоединений в корпусах по сравнению с альтернативными вариантами. Все эти функции обеспечивают высокую надежность и гибкость системы.
ПЛИС
• легко программируются в полевых условиях — это означает, что микросхема или схема могут быть полностью запрограммированы вне производственной среды. Вам не обязательно вносить изменения во время построения схемы, так как изменения могут быть внесены позже, по мере необходимости.
• Возможность изменять конфигурацию устройства делает программируемые логические устройства чрезвычайно привлекательным вариантом благодаря возможности настройки и персонализации.
• Уменьшение количества используемых интегральных схем при замене их ПЛИС повышает надежность схемы, тем более, что имеется меньшее количество межсоединений.
• Поскольку программируемые логические устройства можно стирать и модифицировать, они идеально подходят для ситуаций или технологий, которые требуют постоянных обновлений или если их необходимо повторно использовать в какой-то момент их жизненного цикла.

Программируемые логические устройства позволили многим пользователям, разработчикам и производителям разработать невероятно инновационную и феноменальную технологию, которая сосредоточена на создании логических решений для различных приложений. Пониженное энергопотребление, меньшая стоимость и интеграция многих функций, которые просто невозможны с большинством других альтернатив, делают программируемые логические устройства очень предпочтительным и предпочтительным вариантом для множества пользователей, принадлежащих к разным уровням подготовки и знаниям. отрасли.

Программируемые логические устройства (PLD) — это устройства цифровой электроники, которые можно запрограммировать для выполнения широкого спектра функций в цифровых схемах. Они обычно используются в цифровой электронике для реализации сложных логических функций, таких как конечные автоматы, контроллеры и схемы обработки данных.

PLD используются в различных приложениях, включая компьютеры, телекоммуникации, промышленные системы управления и бытовую электронику. Они особенно полезны в конструкциях, в которых ожидается изменение логической функции, поскольку их можно перепрограммировать для выполнения различных функций без необходимости физического изменения схемы. Вот некоторые идеи его использования в цифровой электронике:

1. Разработка и реализация пользовательских цифровых схем: ПЛИС можно запрограммировать для реализации широкого спектра цифровых схем, от простых логических элементов до сложных цифровых систем.
2. Создание цифровых контроллеров: PLD можно использовать для создания цифровых контроллеров для различных систем, таких как роботы, дроны или системы управления промышленными процессами.
3. Создание цифровых интерфейсов: PLD можно использовать для взаимодействия с различными цифровыми устройствами, такими как датчики, приводы или микроконтроллеры.
4. Внедрение цифровых фильтров: PLD можно использовать для реализации цифровых фильтров, таких как фильтры нижних частот, верхних частот или полосовые фильтры, для приложений обработки сигналов.
5. Внедрение цифровых декодеров и кодировщиков: PLD можно использовать для реализации цифровых декодеров и кодировщиков, таких как средства проверки четности, схемы обнаружения/коррекции ошибок или алгоритмы сжатия данных.
6. Разработка цифровых часов: PLD можно использовать для разработки цифровых часов и таймеров, таких как секундомеры или таймеры обратного отсчета.

Подпишитесь на HardwareBee

Последние новости

Логическое устройство: PLA, PAL, GAL, CPLD, FPGA, EPLD

Что такое программируемое логическое устройство (PLD)?

Программируемое логическое устройство (PLD) — это электронный компонент, используемый для построения реконфигурируемых цифровых схем. В отличие от интегральных схем (ИС), которые состоят из логических элементов и имеют фиксированную функцию, PLD имеет неопределенную функцию во время изготовления. Прежде чем PLD можно будет использовать в цепи, его необходимо запрограммировать (перенастроить) с помощью специальной программы.

Программируемая логическая матрица (PLA) имеет программируемую матрицу логических элементов И, которая связана с программируемой матрицей логических элементов ИЛИ, которую затем можно условно дополнить для получения выходного сигнала, A PLA аналогичен концепции ПЗУ, однако PLA не обеспечивает полного декодирования переменной и не генерирует все минтермы, как в ПЗУ.

Устройства PAL имеют массивы транзисторных ячеек, расположенных в плоскости «фиксированное ИЛИ, программируемое И», используемой для реализации двоичных логических уравнений «сумма произведений» для каждого из выходы с точки зрения входов и либо синхронная, либо асинхронная обратная связь с выходами.

Улучшением PAL стало универсальное логическое устройство массива, или GAL. Это устройство имеет те же логические свойства, что и PAL, но его можно стереть и перепрограммировать. Глобальный список адресов очень полезен на этапе прототипирования проекта, когда любые ошибки в логике можно исправить путем перепрограммирования. GAL программируются и перепрограммируются с помощью программатора PAL или с использованием метода внутрисхемного программирования на поддерживающих микросхемах.

PAL и GAL доступны только в небольших размерах, эквивалентных нескольким сотням логических элементов. Для более крупных логических схем можно использовать сложные PLD или CPLD. Они содержат эквивалент нескольких PAL, связанных программируемыми соединениями, все в одной ИС. CPLD могут заменить тысячи или даже сотни тысяч логических вентилей.

Пока PAL превращались в GAL и CPLD, происходил отдельный поток развития. Этот тип устройства основан на технологии вентильной матрицы и называется программируемой вентильной матрицей (FPGA). В ПЛИС используется сетка логических вентилей, и после сохранения данные не меняются, как в обычном массиве вентилей. Термин «программируемый пользователем» означает, что устройство запрограммировано покупателем, а не производителем.

FPGA обычно программируются после того, как они припаяны к печатной плате, аналогично более крупным CPLD. В большинстве более крупных FPGA конфигурация является энергозависимой и должна повторно загружаться в устройство всякий раз, когда подается питание или требуются другие функции. Конфигурация обычно хранится в конфигурационном ППЗУ или ЭСППЗУ. Версии EEPROM могут программироваться внутри системы (обычно через JTAG).

Разница между FPGA и CPLD заключается в том, что FPGA внутренне основаны на справочных таблицах (LUT), тогда как CPLD формируют логические функции с помощью множества вентилей.