可编程逻辑阵列 (PLA)

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本章将讨论可编程逻辑阵列 (PLA)，其框图和应用。可编程逻辑阵列 (PLA) 是一种可编程逻辑器件 (PLD)。历史上，PLA 是第一种 PLD 器件。它包含一个与门和或门的阵列/矩阵，其配置根据应用需求进行。

在 PLA 中，一组熔丝链接用于建立或去除文字在与运算中的接触或乘积项在或运算中的接触。因此，PLA 是一种允许同时编程与矩阵和或矩阵的 PLD。

在数字电子学中，PLA 用于设计和实现各种复杂的组合电路。但是，一些 PLA 也具有存储元件，因此它们也可用于实现时序电路。

PLA 的框图

可编程逻辑阵列 (PLA) 是一种固定架构的可编程逻辑器件 (PLD)，它由可编程的与门和或门组成。PLA 包含一个可编程的与阵列，其后是一个可编程的或阵列。

PLA 的框图如下所示：

它由以下主要组件组成：

输入缓冲器

PLA 中使用输入缓冲器是为了避免驱动输入的源的负载效应。

与阵列/矩阵

PLA 中的与阵列/矩阵用于生成乘积项。

或阵列/矩阵

在 PLA 中，或阵列/矩阵用于生成所需的输出。这是通过对乘积项进行或运算来产生和项来实现的。

反相/非反相矩阵

它是 PLA 中使用的缓冲器，用于将输出设置为高电平有效或低电平有效。

输出缓冲器

此缓冲器用于输出端。它主要用于提高可编程逻辑阵列 (PLA) 的驱动能力。

使用 PLA 的组合逻辑设计

在数字电子领域，PLA 被广泛用于设计组合逻辑电路。使用 PLA 设计组合电路的最大优势在于 PLA 具有可编程的与阵列和或阵列，允许实现自定义的所需逻辑函数。

下面解释了使用 PLA设计组合逻辑电路的分步过程：

步骤 1 - 创建一个 PLA 程序表，显示输入、乘积项和输出。

步骤 2 - 设计可以生成所需乘积项的与矩阵。

步骤 3 - 设计可以生成所需输出的或矩阵。

步骤 4 - 设计反相/非反相矩阵以设置低电平有效或高电平有效的输出。

步骤 5 - 最后，利用 PLA 程序表对 PLA 进行编程。

让我们通过一个例子来理解这个使用 PLA 进行组合电路设计的过程。

示例

使用可编程逻辑阵列 (PLA) 设计一个全加器电路。

解决方案

全加器由三个输入和两个输出组成。由于它有 3 个输入，因此共有 8 个乘积项，这些乘积项在下面的全加器真值表中给出：

从这个真值表中，输出和 (S) 和输出进位 (C_out) 由下式给出：

$$\mathrm{S \: = \: \sum \: m(1,2,4,7)}$$

$$\mathrm{C_{out} \: = \: \sum \: m(3,5,6,7)}$$

因此，它们的布尔表达式将是：

$$\mathrm{S \: = \: \overline{A} \: B \: \overline{C_{in}} \: + \: \overline{A} \: \overline{B} \: C_{in} \: + \: A \: \overline{B} \: \overline{C_{in}} \: + \: A \: B \: C_{in}}$$

$$\mathrm{C_{out} \: = \: A \: B \: + \: B \: C_{in} \: + \: A \: C_{in}}$$

从这两个布尔表达式中，我们可以看到有七个乘积项和两个和项。该全加器电路的 PLA 程序表如下所示：

在这个 PLA 程序表中，“1”代表连接，“-”代表输出中不存在乘积项。“T”代表真，它代表高电平有效输出。

全加器的 PLA 电路图如下所示。

此示例说明了使用 PLA 实现组合逻辑电路的完整分步过程。

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PLA 的优点

以下是可编程逻辑阵列 (PLA) 的一些关键优势，使其在数字电子领域不可或缺：

• PLA 在设计和实现各种数字逻辑运算方面提供了灵活性。PLA 可用于实现满足不同应用需求的自定义逻辑函数。
• PLA 还最大限度地减少了设计和开发新数字电路或系统所需的时间。
• PLA 提供了一种更经济的方式来实现高度复杂的数字逻辑函数。PLA 消除了实现逻辑函数需要分立组件的需求，因此它们提高了空间效率。
• 由于 PLA 是可编程的，因此可以在不重新制造整个电路的情况下修改其设计。

PLA 的缺点

然而，PLA 提供了如上所述的几个优点。但它们也有一些缺点，如下所示：

• 对于大量的输入和输出，PLA 的设计和实现非常复杂。作为一种固定架构的器件，PLA 在速度和处理能力方面的性能有限。
• PLA 通常针对特定应用进行优化，因为它具有固定数量的与门和或门。此约束限制了设计人员使用相同的 PLA 实现高度复杂的逻辑功能。
• 编程 PLA 是一个耗时且复杂的过程。

PLA 的应用

可编程逻辑阵列 (PLA) 广泛应用于不同领域的各种应用中。以下是 PLA 的一些常见应用：

• PLA 用于数字信号处理领域，以实现各种逻辑功能，例如滤波、卷积、傅里叶变换等。
• 在控制系统中，PLA 用于实现各种组件的控制逻辑功能，例如反馈、PID 控制器、状态机等。
• PLA 用于执行不同类型的算术运算，例如加法、减法、乘法和除法。
• PLA 也应用于数据压缩和加密技术领域。PLA 用于数字通信系统和网络设备中，以实现协议处理、分组处理、错误检测和纠正等算法。
• PLA 也用于不同的测量仪器，例如数字示波器、协议分析仪、逻辑分析仪等。

结论

PLA 只是一种数字逻辑器件，用于实现复杂的数字功能，无需使用离散元件，如与门、或门等。在本章中，我们解释了可编程逻辑阵列 (PLA) 的基础知识和应用。