浅谈PLD技术在计算机数字视频信号处理系统中的应用

黄慧精

摘要：PLD是Programmable Logic Device的缩写，意为可编程逻辑器件，即主要实现数字逻辑的集成电路，并且是可以通过编程来改变其功能的。本文介绍了用PLD芯片作为主要控制逻辑来设计计算机数字视频系统，驱动控制逻辑PLD芯片为载体通过数字集成电路方式实现，控制逻辑的功能设计是用IEEE标准的集成电路设计语言VHDL作为行为描述语言。最后，用ACEXlK30芯片实现了该数字视频系统。

关键词：PLD 视频显示屏 数字视频信号 控制逻辑

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0245-01

PLD的逻辑功能可以根据用户对器件的编程来决定，设计人员不用介入版图设计和生产流程，可以通过编程快速得到想要的电子系统功能。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。计算机数字视频系统有很多优势，比如，图像的质量、开发新产品等等，随着科技发展的速度逐步加快，在不久的未来，数字视频系统将会取代模拟系统，成为大众的应用首选。

1 PLD的结构与特点

数字逻辑器件主要包括标准产品（逻辑门、触发器、译码器等）、由软件配置的LSI器件（微处理器、单片机等）和专用集成电路ASIC。专用集成电路又分为全定制、半定制和可编辑逻辑器件——PLD。其基本结构是数据输入后，输入控制电路——“与”阵列——“或”阵列——输出控制电路，然后输出数据。PLD的分类有三种，按集成密度、制造工艺和不同阵列的可编辑性又进行了详细的分类。

1.1 EDA技术

EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。EDA工具在PLD技术中有重要的地位，EDA的核心是利用计算机完成电路设计的全程自动化。在中国，EDA软件开发的性能不强，通过不断的学习，未来可能会有更好的技术出现。

1.2 CPLD和FPGA

CPLD是指复杂可编程逻辑器件，规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。CPLD器件是电子产品不可缺少的组成部分。FPGA是指现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

2 PLD技术的应用

随着科技的发展，我们生活的方方面面都会应用到集成电路，特别是智能手机的出现，大大增加了集成电路的需求量。传统的老式手机运行速度慢，存储量低，更新换代速度慢。现在的手机研发公司代表例如苹果、三星、步步高等牌子，占据了绝大部分中青年的生活领域，手机的更换速度加快，对集成电路芯片的数量要求增加，在保证数量的同时，更要保证质量。PLD作为集成电路的一种，适用于大批量的应用，更可以大批量的生产，降低经济成本。其具有可编辑、用户可配置性，在使用上更加灵活。应用PLD技术会带来更好的性能，降低功耗和成本等。

2.1 LED显示屏

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕，广泛应用于车站、机场、商场、医院等其他公共场所。LED显示屏具有先进的数字化视频处理，亮度自动调节，影像画面清晰、无抖动和重影，杜绝失真。传统的驱动板电路不能迅速更新和储存信息，为了使视频的输出效果良好，选用Altera公司的PLD芯片ACEXIK30，利用硬件描述VHDL语言，对其内部逻辑功能进行设置，实现了驱动板的设计，显示板由驱动板改造而成，其控制逻辑会在ACEXLK30芯片中实现。

2.2 新产品或样机的开发

PLD具有在线可编程性。随着PLD技术的成熟，运用该技术对新产品或样机进行开发，使新产品的性能有所提高，功能更加完善，开发时间短，对经济的支出带来益处，为企业带来更大的利润，对市场的竞争起促进作用。

2.3 消费类电子产品中的应用

PLD器件的批量快速生产，使生产规模不断扩大，各种依靠PLD技术的企业也在不断壮大，高超技术和低廉价格的完美搭配，使消费类的电子产品数量增加，如DVD、TV、游戏机、空调等。运用在线可编辑性，在不改变线路板的前提下，只需改变程序，就能使产品功能增加或完善。

3 应用实例

3.1 输入奇偶校验电路

奇偶检验电路有奇、偶校验两个输出标志，可用作发送端的奇偶检验位发生器；也可用作接收端的奇偶校验器，产生奇偶检验和。运用FPGA器件，使复杂的逻辑变得简单，从而方便实现奇偶的校验。

3.2 三态缓冲器

三态缓冲器又称为三态门、三态驱动器。为了减少信息传输线的数目，大多数计算机都采用总线传输的方式。即同一类的信息都走同一组传输线，且信息是分时传输的。运用FPGA器件的总线，将信号放置总线上，三态缓冲器打开，将驱动信号传递至总线。

4 结语

PLD器件经历了漫长的发展过程，从PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA直到现在的PLD技术，不仅在结构、工艺上发生了改变，也在功能、速度、灵活性等性能上做出了进步和完善。目前，大规模的可编程器件可以用来设计更为复杂的集成电路。

PLD技术是未来具有发展力的一项技术，PLD依靠电子计算机，在EDA工具软件平台上完成逻辑编译等功能。LED显示屏的大量应用，有利于PLD器件的发展，为数字视频的未来起铺垫作用。PLD技术在20世纪90年代以后的飞速发展，同时推动了EDA软件和硬件描述语言的进步。

参考文献

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