用可编程逻辑器件(PLD)设计时序逻辑电路

GAL器件特点：可重复编程至上万次，编程后的数据能保存20年以上。其电路结构在可编程“与或 ”阵列的基础上，增加了输出可编程的逻辑宏单元OLMC(Output Logic Micro Cell)电路。

现以GAL16V8器件为例加以说明，GAL16V8部分电路：

电路采用可编程“与阵” 和固定的“或阵”构成，每个输出增加了可编程的输出逻辑宏单元OLMC电路。“与阵”中具有8个专用输入变量，8个反馈变量，共64个“与项”；输出8个逻辑宏单元，每个宏单元中有一个8输入的固定或门。

逻辑宏单元结构：

有两个2/1和两个4/1多路选择器，一个异或门和一个触发器等电路。它们的作用分别说明如下，PTMUX(乘积项2/1选择器)：用来选择来自与阵的第一个乘积项是否作为或门的一个输入。TSMUX(4/1三态选择器)：决定输出三态门使能控制信号。OMUX(2/1输出选择器)：决定输出信号是直接输出还是经寄存器输出。FMUX(反馈8/1数据选择器)：但输入只有4个，选择反馈信号接回到“与阵列”的输入来源。

OLMC的工作模式有5种，它由结构控制字中的SYN，ACO，ACI(n)，XOR(n) 的状态指定。

(1) SYN＝1，ACO＝0，ACI(n)＝1：专用工作模式

简化等效电路为：

此时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。

(2)SYN＝1，ACO＝0，ACI(n)＝0：专用组合输出模式

简化电路如图：

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。

(3)SYN＝1，ACO＝1，ACI(n)＝1：反馈组合输出模式

简化电路如图：

输出三态门由第一乘积项选通，输出信号同时反馈到“与”逻辑阵到的输入线上。

(4)SYN＝0，ACO＝1，ACI(n)＝1：时序电路中的组合

简化电路如图：

此时异或门输出不经过触发器，而是直接送到输出端。

(5)SYN＝0，ACO＝1，ACI(n)＝0：寄存器输出模式

简化电路如图：

异或门输出经过D触发器输出，其中反馈至“与”阵作为输入。

可见，GAL器件具有灵活的各种输出电路结构。在实际应用中，开发软件又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。除通用型GAL器件外，还有扩展型、异步型、异或型、大电流输出型、低功耗型、FPLA型和在系统可编程型等GAL。

二、用PLD器件实现时序逻辑电路

例：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：设待设计的8421BCD码十进制可逆计数器如图所示，其中QC和QB是计数器的进位及借位输出，功能要求如表所示：

该计数器的ABEL语言如下：

将该ABEL语言编译仿真后，其波形如图。