淺談PLD技術在計算機數(shù)字視頻信號處理系統(tǒng)中的應用

黃慧精

摘要：PLD是Programmable Logic Device的縮寫，意為可編程邏輯器件，即主要實現(xiàn)數(shù)字邏輯的集成電路，并且是可以通過編程來改變其功能的。本文介紹了用PLD芯片作為主要控制邏輯來設計計算機數(shù)字視頻系統(tǒng)，驅(qū)動控制邏輯PLD芯片為載體通過數(shù)字集成電路方式實現(xiàn)，控制邏輯的功能設計是用IEEE標準的集成電路設計語言VHDL作為行為描述語言。最后，用ACEXlK30芯片實現(xiàn)了該數(shù)字視頻系統(tǒng)。

關鍵詞：PLD 視頻顯示屏 數(shù)字視頻信號 控制邏輯

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0245-01

PLD的邏輯功能可以根據(jù)用戶對器件的編程來決定，設計人員不用介入版圖設計和生產(chǎn)流程，可以通過編程快速得到想要的電子系統(tǒng)功能。數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術。數(shù)字信號處理的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或濾波。計算機數(shù)字視頻系統(tǒng)有很多優(yōu)勢，比如，圖像的質(zhì)量、開發(fā)新產(chǎn)品等等，隨著科技發(fā)展的速度逐步加快，在不久的未來，數(shù)字視頻系統(tǒng)將會取代模擬系統(tǒng)，成為大眾的應用首選。

1 PLD的結構與特點

數(shù)字邏輯器件主要包括標準產(chǎn)品（邏輯門、觸發(fā)器、譯碼器等）、由軟件配置的LSI器件（微處理器、單片機等）和專用集成電路ASIC。專用集成電路又分為全定制、半定制和可編輯邏輯器件——PLD。其基本結構是數(shù)據(jù)輸入后，輸入控制電路——“與”陣列——“或”陣列——輸出控制電路，然后輸出數(shù)據(jù)。PLD的分類有三種，按集成密度、制造工藝和不同陣列的可編輯性又進行了詳細的分類。

1.1 EDA技術

EDA技術是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設計。EDA工具在PLD技術中有重要的地位，EDA的核心是利用計算機完成電路設計的全程自動化。在中國，EDA軟件開發(fā)的性能不強，通過不斷的學習，未來可能會有更好的技術出現(xiàn)。

1.2 CPLD和FPGA

CPLD是指復雜可編程邏輯器件，規(guī)模大，結構復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構造邏輯功能的數(shù)字集成電路。CPLD器件是電子產(chǎn)品不可缺少的組成部分。FPGA是指現(xiàn)場可編程門陣列，它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

2 PLD技術的應用

隨著科技的發(fā)展，我們生活的方方面面都會應用到集成電路，特別是智能手機的出現(xiàn)，大大增加了集成電路的需求量。傳統(tǒng)的老式手機運行速度慢，存儲量低，更新?lián)Q代速度慢?，F(xiàn)在的手機研發(fā)公司代表例如蘋果、三星、步步高等牌子，占據(jù)了絕大部分中青年的生活領域，手機的更換速度加快，對集成電路芯片的數(shù)量要求增加，在保證數(shù)量的同時，更要保證質(zhì)量。PLD作為集成電路的一種，適用于大批量的應用，更可以大批量的生產(chǎn)，降低經(jīng)濟成本。其具有可編輯、用戶可配置性，在使用上更加靈活。應用PLD技術會帶來更好的性能，降低功耗和成本等。

2.1 LED顯示屏

LED顯示屏是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕，廣泛應用于車站、機場、商場、醫(yī)院等其他公共場所。LED顯示屏具有先進的數(shù)字化視頻處理，亮度自動調(diào)節(jié)，影像畫面清晰、無抖動和重影，杜絕失真。傳統(tǒng)的驅(qū)動板電路不能迅速更新和儲存信息，為了使視頻的輸出效果良好，選用Altera公司的PLD芯片ACEXIK30，利用硬件描述VHDL語言，對其內(nèi)部邏輯功能進行設置，實現(xiàn)了驅(qū)動板的設計，顯示板由驅(qū)動板改造而成，其控制邏輯會在ACEXLK30芯片中實現(xiàn)。

2.2 新產(chǎn)品或樣機的開發(fā)

PLD具有在線可編程性。隨著PLD技術的成熟，運用該技術對新產(chǎn)品或樣機進行開發(fā)，使新產(chǎn)品的性能有所提高，功能更加完善，開發(fā)時間短，對經(jīng)濟的支出帶來益處，為企業(yè)帶來更大的利潤，對市場的競爭起促進作用。

2.3 消費類電子產(chǎn)品中的應用

PLD器件的批量快速生產(chǎn)，使生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，各種依靠PLD技術的企業(yè)也在不斷壯大，高超技術和低廉價格的完美搭配，使消費類的電子產(chǎn)品數(shù)量增加，如DVD、TV、游戲機、空調(diào)等。運用在線可編輯性，在不改變線路板的前提下，只需改變程序，就能使產(chǎn)品功能增加或完善。

3 應用實例

3.1 輸入奇偶校驗電路

奇偶檢驗電路有奇、偶校驗兩個輸出標志，可用作發(fā)送端的奇偶檢驗位發(fā)生器；也可用作接收端的奇偶校驗器，產(chǎn)生奇偶檢驗和。運用FPGA器件，使復雜的邏輯變得簡單，從而方便實現(xiàn)奇偶的校驗。

3.2 三態(tài)緩沖器

三態(tài)緩沖器又稱為三態(tài)門、三態(tài)驅(qū)動器。為了減少信息傳輸線的數(shù)目，大多數(shù)計算機都采用總線傳輸?shù)姆绞?。即同一類的信息都走同一組傳輸線，且信息是分時傳輸?shù)?。運用FPGA器件的總線，將信號放置總線上，三態(tài)緩沖器打開，將驅(qū)動信號傳遞至總線。

4 結語

PLD器件經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，從PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA直到現(xiàn)在的PLD技術，不僅在結構、工藝上發(fā)生了改變，也在功能、速度、靈活性等性能上做出了進步和完善。目前，大規(guī)模的可編程器件可以用來設計更為復雜的集成電路。

PLD技術是未來具有發(fā)展力的一項技術，PLD依靠電子計算機，在EDA工具軟件平臺上完成邏輯編譯等功能。LED顯示屏的大量應用，有利于PLD器件的發(fā)展，為數(shù)字視頻的未來起鋪墊作用。PLD技術在20世紀90年代以后的飛速發(fā)展，同時推動了EDA軟件和硬件描述語言的進步。

參考文獻

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