可编程逻辑器件PLD与FPGA：从有限状态机到现代设计

"本资源主要介绍了有限状态机以及数字逻辑中的可编程逻辑器件（PLD）相关知识，包括摩尔型和米里型有限状态机的结构，以及PLD的不同类型和发展历程。" 在数字逻辑领域，有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种重要的概念，用于描述和设计具有有限数量状态的系统。FSM可以分为两种基本类型：摩尔型（Moore）和米里型（Mealy）。 摩尔型有限状态机的特点在于其输出只取决于当前的状态，而不受输入信号的影响。其结构包括一个状态寄存器来存储当前状态，次态逻辑决定下一次状态的转移，输出逻辑根据当前状态产生输出，同时还需要输入、时钟、复位信号来控制状态转移。在摩尔型FSM中，输出的计算是在时钟上升沿之前完成的，因此输出在状态改变之前就已经确定。 米里型有限状态机则不同，它的输出不仅与当前状态有关，还依赖于当前的输入。在米里型FSM的结构中，除了状态寄存器、次态逻辑和输出逻辑外，输入信号直接影响输出的计算。时钟信号同样用于控制状态的更新，而复位信号用于将状态机重置到初始状态。 在可编程逻辑器件（PLD）方面，文件提到了几种不同的类型，如PROM（Programmable Read-Only Memory）、PLA（Programmable Logic Array）、GAL（Generic Array Logic）和CPLD（Complex Programmable Logic Device），以及现代的FPGA（Field-Programmable Gate Array）。PLD的发展历程反映了逻辑设计的灵活性和可编程性的提升。例如，PROM是早期的可编程器件，其逻辑功能在制造后无法更改；PLA允许用户编程配置与阵列，但或阵列是固定的；GAL则进一步允许或阵列也进行编程；CPLD和FPGA则提供了更高级的复杂性和可编程性，可以实现复杂的逻辑功能，并且在系统中可以多次编程。 PLD的结构通常包括与阵列和或阵列，分别用于实现输入变量的与和或操作。通过可编程连接技术，用户可以根据需求定义逻辑关系，从而实现任意的组合逻辑和时序逻辑功能。在实际应用中，PLD和FPGA被广泛用于各种电子设备，如通信系统、嵌入式系统和计算机硬件等，因为它们能提供高度定制化的设计方案，同时减少了硬件成本和开发时间。 通过学习和理解这些概念，工程师可以有效地设计和实现数字逻辑系统，利用有限状态机描述系统的动态行为，利用PLD和FPGA实现高效的硬件解决方案。