可编程逻辑器件（PLD）基本种类和原理图

可编程逻辑器件，简称PLD，是一种包含大量逻辑门和触发器的IC集成电路，用户可以对其进行配置以实现各种功能。最简单的可编程逻辑器件由一组与门和或门组成，这些门的逻辑及其互连可以通过编程过程进行配置。

当工程师或设计人员想要实现定制逻辑并受到预配置集成电路的限制时，可编程逻辑器件是特别有用的。因为可编程逻辑器件提供了一种通过硬件配置实现定制数字电路的方法，而不是使用软件实现它。

与典型的ASIC/芯片不同的是，PLD具有可编程元件，即使在产品离开制造现场后，也可以使用特殊程序对其进行修改和编程，可以重新配置以根据用户的要求执行各种功能；而ASIC/芯片由逻辑门组成，并具有固定功能，它被设计和编程为执行一项功能，后期无法修改。

可编程逻辑器件的类型

按照门的组成数量和方式不同，可编程逻辑器件可以分为多个类型，包括：

• 简单可编程逻辑器件 (SPLD)
• 复杂可编程逻辑器件 (CPLD)
• 现场可编程门阵列 (FPGA)

此外，简单可编程逻辑器件可进一步分为：

• 可编程逻辑阵列 (PLA)
• 可编程阵列逻辑 (PAL)
• 通用阵列逻辑 (GAL)

PLA由具有可编程互连的AND门平面和具有可编程互连的OR门平面组成，下面是一个简单的四输入四输出PLA，带有AND及OR门。

通过连接水平和垂直互连线，任何输入都可以连接到任何与门，然后可以将来自不同AND门的输出应用到具有可编程互连的任何OR门。

2、可编程阵列逻辑 (PAL)

PAL类似于PLA，但不同之处在于，在PAL中，只有AND门平面是可编程的，而OR门平面在制造过程中是固定的。尽管PAL不如 PLA灵活，但它们消除了与可编程或门相关的时间延迟。

3、通用阵列逻辑 (GAL)

在架构方面，GAL类似于PAL，但区别在于可编程结构。PAL使用可一次性编程的PROM，而GAL使用可重新编程的EEPROM。  

4、复杂可编程逻辑器件 (CPLD)

从SPLD器件向上移动，便可得到CPLD，它是在SPLD设备之上开发的，以创建更大更复杂的设计。CPLD由数字逻辑块（或功能块）组成，其内部由一个PAL或一个PAL以及一个宏单元组成。

宏单元由任何附加电路和信号极性控制组成，以提供真实信号或其补码。  

5、现场可编程门阵列 (FPGA)

在复杂性方面，CPLD比SPLD复杂得多，但是FPGA比CPLD还要复杂。FPGA的架构完全不同，因为它由可编程逻辑单元、可编程互连和可编程IO块组成。

工作过程

可编程逻辑器件包含多个逻辑元件，例如触发器以及可由用户配置的AND和OR门，用户可以在使用专用软件应用程序完成的编程过程中修改内部逻辑和连接。

可编程逻辑器件有时由多个保险丝组成，这些保险丝在原始的未编程PLD中完好无损。当对逻辑设备进行编程并确认互连时，基本上会熔断保险丝，以根据设计使连接在特定配置中永久存在。

为了对可编程逻辑设备进行编程，需要确保使用正确的软件和正确的语言与技术进行通信，这很可能会使用硬件描述语言。如果你正在为复杂设备寻找更高级别的语言，可以使用VHDL或Verilog之类的语言。

此外，你还需要一个设备编程器，以便将给定硬件语言设计的逻辑模式移动到可编程逻辑设备上。

主要优势特点

1. 在设计周期内为用户提供更大的灵活性，这是因为设计操作基于更改整个编程文件。这些变化可以在PLD的工作部件和设计中明显地观察到。
2. 尺寸相对较小，占用的电路板空间也较小。因此，它们本身也具有更短的组装时间和相对简单的组装过程，这也是导致成本降低的主要原因。
3. 往往消耗较低程度的功率，并且与替代选项相比，其特征还在于封装中的互连组较少，而所有这些特性都转化为出色的系统可靠性和灵活性。
4. 可编程逻辑器件具有高度的现场可编程性——这意味着芯片或电路可以完全在制造环境之外进行编程。
5. 由于其可定制性和个性化，修改器件配置的能力使可编程逻辑器件成为极具吸引力的选择。
6. 当用可编程逻辑器件代替时，所使用的集成电路数量减少增加了电路的可靠性，特别是因为互连数量较少。
7. 由于可编程逻辑设备是可擦除和可修改的，因此它们非常适合需要一致更新或需要在其生命周期中的某个时间点重复使用的情况或技术。

总结

可编程逻辑器件是一种独立的可编程电子芯片，可用作构建可重新配置的数字电路的元件，它使得许多用户、设计人员和制造商能够提出令人难以置信的创新技术，这些技术的中心是在各种应用中生产基于逻辑的解决方案。

此外，可编程逻辑器件功耗低、成本低以及集成了许多其他替代方案根本不可能实现的功能，所有这些都使可编程逻辑器件成为众多用户和行业的首选。