集成电子技术基础教程-第二篇第4章(12-1)

集成电子技术基础教程LDC集成电子技术基础教程2003~2004学年第1学期集成电子技术基础教程LDC第二篇数字电路和系统第四章集成触发器和时序逻辑电路集成电子技术基础教程LDC2.4.8用PLD器件设计时序逻辑电路在第三章时，已介绍过PLD器件，那时是用可编程的“与”阵列和“或”阵列实现各种组合逻辑电路。时序电路的核心器件为寄存器。当用PLD设计时序逻辑电路时，必须选用包含寄存器的PLD器件。在低密度PLD的基本结构中，寄存器主要设置在输出电路中，通常称包含寄存器的低密度PLD器件为时序型PLD器件。应用最广泛的低密度时序型PLD器件为GAL器件。集成电子技术基础教程LDC一、通用阵列逻辑器件GALGAL16V8器件电路图集成电子技术基础教程LDCGAL16V8器件特点GAL器件和PAL器件一样也是由可编程的与阵列和固定的或阵列构成。每个输出端采用了可编程的逻辑宏单元OLMC(OutputLogicMicroCell)。GAL16V8器件的与阵列中有8个专用输入变量，8个反馈变量，共有64个与项构成。输出由8个OLMC单元构成，进入每个OLMC单元的乘积项为8个，相应的或阵列有8个，每个或阵列的规模为8个与项。1脚和11脚直接进入OLMC单元用于配置OLMC单元的结构集成电子技术基础教程LDCOLMC单元的结构三态选择器输出选择器反馈选择器乘积选择器集成电子技术基础教程LDCOLMC的工作模式有5种，在结构控制字中主要由可编程系数SYN（对OLMC单元12和单元19而言）、AC0、AC1（n）、AC1（m）和XOR（n）的状态决定。①专用输入方式结构：SYN=1，AC0=0，AC1=1输出三态门输出高阻态，I/O只能作为输入使用，作为送到相邻的输入信号。集成电子技术基础教程LDC②专用组合型输出结构：SYN=1，AC0=0，AC1=0此时输出三态门为选通状态，电路为一个组合输出电路。XOR=0，输出为低电平有效；XOR=1，输出高电平有效。集成电子技术基础教程LDC输出三态门由第一乘积项选通，输出信号同时反馈到“与”逻辑阵列的输入线上。③反馈组合型输出结构：SYN=1，AC0=1，AC1=1集成电子技术基础教程LDC④寄存器输出结构：SYN=0，AC0=1，AC1=0异或门输出经过D触发器输出，其中反馈至“与”阵作为输入。Q集成电子技术基础教程LDC⑤乘积项控制输出组合型结构：SYN=0，AC0=1，AC1=1GAL器件具有灵活的输出电路结构。在实际应用中，开发软件会根据用户的要求自动配置。因此，时序型的GAL器件也完全能代替组合型的PAL器件。此时异或门输出不经过触发器，而是直接送到输出端。集成电子技术基础教程LDC二、用PLD器件实现时序逻辑电路【例2.4.6】试用GAL16V8设计一个具有同步清零、同步置数和保持功能的8421编码的十进制可逆计数器。解：待设计的8421BCD码十进制可逆计数器框图和功能表为：ABCDABCD11↑8421码减计数xxxx01↑8421码加计数xxxx10↑0000xxxx00↑Q0Q1Q2Q3ABCDS0S1CLK输出输入集成电子技术基础教程LDC该计数器的ABEL语言如下：MODULEICCNT定义模块CLKPIN；管脚定义S1，S0，D3，D2，D1，D0PIN；Q3，Q2，Q1，Q0PINISTYPE‘REG’；Q=[Q3，Q2，Q1，Q0]；定义集合MODE=[S1，S0]模式控制CLR=[0，0]；同步清“0”UP=[0，1]；8421十进制加法计数DOWN=[1，0]；8421十进制减法计数LOAD=[1，1]；同步置数D=[D3，D2，D1，D0]；定义集合集成电子技术基础教程LDCEQUATIONS采用逻辑方程描述逻辑功能Q.CLK=CLK;QC=Q3&Q0;进位输出QB=!Q3&!Q2&!Q1&!Q0;借位输出WHEN（MODE=LOAD）THENQ:=D；同步置数WHEN（MODE=CLR）THENQ:=0；同步清零WHEN（MODE=UP）&(Q9)THENQ:=Q+1;同步十进加计数WHEN（MODE=UP）&(Q=9)THENQ:=0；WHEN（MODE=DOWN）&(Q0)THENQ:=Q-1;同步十进减计数WHEN（MODE=DOWN）&(Q=0)THENQ:=9；集成电子技术基础教程LDCTEST—VECTORS[CLK，MODE，D]-[QC,QB,Q];[.C.,CLK,.X.]-[0,1,0]清零测试@REPEAT10{[.C.,UP,.X.]-[.X.,.X.,.X.];}加计数[.C.,LOAD,8]-[0,0,8]同步置数测试@REPEAT4{[.C.,DOWN,.X.]-[.X.,.X.,.X.];}减计数测试END集成电子技术基础教程LDC将该ABEL语言编译仿真后，其波形如图。集成电子技术基础教程LDC【例2.4.7】用GAL16V8设计一个111序列脉冲检测器解：先定义序列脉冲检测器可能出现的状态：S0：初始状态，或CLK边沿时输入X为逻辑“0”；S1：在时钟边沿检测到输入X值为“1”；S2：在时钟边沿2次连续检测到输入X值为“1”；S3：在时钟边沿3次或以上检测到输入X值为“1”；111序列脉冲检测器状态转移图集成电子技术基础教程LDC111序列脉冲发生器的ABEL-HDL语言描述MODULESEQUENCE定义模块名CLKPIN;定义输入/输出信号XPIN;YPIN;Q1,Q0NODEISTYPE'REG';定义中间信号Q=[Q1,Q0];定义集合S0=[0,0];S1=[0,1];S2=[1,0];S3=[1,1];EQUATIONS方程描述Q.CLK=CLK;触发器的点扩展Y=Q1&Q0;MOORE型输出STATE_DIAGRAMQ逻辑功能的状态描述集成电子技术基础教程LDCSTATES0:IFXTHENS1ELSES0;STATES1:IFXTHENS2ELSES0;STATES2:IFXTHENS3ELSES0;STATES3:IFXTHENS3ELSES0;TEST_VECTORS([CLK,X]-Y)测试逻辑功能[.C.,0]-.X.;[.C.,1]-.X.;[.C.,0]-.X.;[.C.,1]-.X.;[.C.,1]-.X.;[.C.,0]-.X.;@REPEAT10{[.C.,1]-.X.;}[.C.,0]-.X.;[.C.,1]-.X.;END集成电子技术基础教程LDC111序列脉冲发生器的仿真结果：