74LS90与可编程逻辑设备的比较分析：优势、局限及选择指南


参考资源链接：[74LS90引脚功能及真值表](https://wenku.csdn.net/doc/64706418d12cbe7ec3fa9083?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 74LS90与可编程逻辑设备基础

在数字电子设计领域，理解基本组件和可编程逻辑设备的概念是至关重要的。本章旨在为读者提供74LS90这种固定功能集成电路的基础知识，同时概述可编程逻辑设备的基本原则，为后文的深入分析和比较奠定基础。

## 1.1 74LS90简介

74LS90是一个中规模的集成电路（MSI），属于74系列数字逻辑门之一。它是十进制计数器，能够实现分频、计数和其他数字逻辑功能。74LS90的使用简单，因为它是针对特定功能设计的，无需复杂的编程。

### 工作原理

74LS90通常使用两相的时钟信号来控制计数，它拥有两个独立的计数器，可以配置为4位二进制计数器或5位二进制计数器。其逻辑输出可以直接驱动LED等显示设备，非常适合用于设计数字时钟、频率计数器等应用。

## 1.2 可编程逻辑设备（PLD）概述

可编程逻辑设备（PLD）是一个宽泛的概念，涵盖了可以被用户编程以实现特定逻辑功能的集成电路。这类设备通常包含大量的逻辑门，用户可以通过编程来定义它们之间的连接关系。

### 重要性与发展

PLD的发展，特别是现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑设备（CPLD）的出现，使得电子设计工程师能够更灵活地设计和实现复杂的数字逻辑系统。与传统的74LS90等固定功能集成电路相比，可编程逻辑设备提供了更高的集成度、更大的设计灵活性和更好的可扩展性。

以上便是本章的基本内容。下一章，我们将深入了解数字逻辑集成电路的分类以及可编程逻辑设备的理论基础，并开始探讨它们在实际应用中的差异和优势。

# 2. 数字逻辑集成电路与可编程逻辑设备的理论基础

在数字逻辑集成电路与可编程逻辑设备的理论基础章节中，我们将深入探索数字逻辑集成电路的发展历程和特点，以及可编程逻辑设备的概念和分类。此外，本章节还会对比数字逻辑与可编程逻辑在设计与应用上的异同。

## 2.1 数字逻辑集成电路简介

数字逻辑集成电路是现代电子工程不可或缺的部分，它们通过一系列逻辑门来实现逻辑运算，是构成数字系统的基石。

### 2.1.1 数字逻辑集成电路的分类

数字逻辑集成电路可以按照集成度和功能复杂度分为几个层次：

- **小规模集成电路（SSI）**：包含较少的逻辑门，通常在10个以下，用于简单的逻辑功能。
- **中规模集成电路（MSI）**：包含10到100个逻辑门，提供了诸如计数器、加法器等更复杂的逻辑功能。
- **大规模集成电路（LSI）**：包含100到10,000个逻辑门，常用于实现更复杂的功能，如存储器和微处理器。
- **超大规模集成电路（VLSI）**：集成度极高，含有超过10,000个逻辑门，可构建整个系统或子系统，如现代计算机的CPU。

### 2.1.2 74LS90的特点与工作原理

74LS90是一个典型的中规模集成电路，属于双十进制计数器。它具有以下特点：

- **低功耗**：使用CMOS工艺制造，耗电较少。
- **高噪声容限**：对电源和信号的波动有较强的容忍度。
- **可用作分频器**：通过适当的外部连接，可以实现多种分频比。

工作原理方面，74LS90包含两个独立的四位二进制计数器，可以通过配置实现十进制计数。其工作基于触发器的翻转，每个计数器在接收到一定的时钟脉冲后翻转其输出状态。

## 2.2 可编程逻辑设备的概念

可编程逻辑设备（PLD）是设计中的一项革命性技术，它们在制造后仍可编程，为设计提供极大的灵活性。

### 2.2.1 可编程逻辑设备的类型和特点

可编程逻辑设备可以分为以下几类：

- **现场可编程门阵列（FPGA）**：由可编程的逻辑块和可编程的互连组成，具有极高的灵活性和性能。
- **复杂可编程逻辑设备（CPLD）**：比FPGA的逻辑块更大，编程后性能稳定，但灵活性略低于FPGA。
- **可编程阵列逻辑（PAL）**和**通用阵列逻辑（GAL）**：早期的PLD，允许用户编程逻辑功能，但不如现代FPGA和CPLD灵活。

### 2.2.2 可编程逻辑设备的发展历程

PLD的概念最早出现在20世纪70年代，最初的PLD仅能实现简单的逻辑功能。随着技术进步，PLD逐步发展为CPLD和FPGA，它们具有更高的集成度和更复杂的可编程能力。现代FPGA不仅能够实现高性能的逻辑运算，还集成了处理器核心和多种接口，成为系统级设计的有力工具。

## 2.3 数字逻辑与可编程逻辑的比较

数字逻辑与可编程逻辑在设计和应用中有着根本的差异，本节将探讨它们的不同之处。

### 2.3.1 硬件描述语言与逻辑门级设计

硬件描述语言（HDL），如VHDL和Verilog，用于描述复杂的逻辑结构。与传统的逻辑门级设计相比，使用HDL可以更快地完成复杂电路的设计，易于修改和维护。

### 2.3.2 可重配置性与灵活性的对比

可编程逻辑设备的最大优势在于可重配置性。它们可以在系统部署后修改，以适应新的要求或修复错误，而数字逻辑设备一旦制造完成就无法更改。这一特性使得PLD在需要快速更新或多次迭代设计的场合更具吸引力。

在下一章节中，我们会深入探讨74LS90的局限性以及可编程逻辑设备在现代电子系统设计中的优势。通过对比分析，我们希望能够帮助读者更好地理解这两种技术在实际应用中的表现和应用价值。

# 3. 74LS90的局限与可编程逻辑设备的优势

## 3.1 74LS90的局限性分析

### 3.1.1 集成度与功能限制

74LS90作为一款传统的双四位二进制计数器，其集成度在当今数字电路设计中已显得相对落后。其功能限制主要体现在以下几个方面：

- **预设值限制**：74LS90只能在特定的二进制数下进行计数，不具备从任意值开始计数的功能。
- **计数模式固定**：该芯片仅支持固定数量的计数模式，例如，它只能进行模4或模5计数。
- **输出限制**：74LS90没有内置的译码器，因此输出仅限于二进制