PLC與PLD對(duì)于大多數(shù)控制行業(yè)的朋友們與單片機(jī)愛好者，都不是陌生的名詞。雖然只有“一字之差”，但你知道這其中的區(qū)別么？如果對(duì)此感興趣，就看看今天的內(nèi)容吧。

一、可編程控制器（PLC）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。

隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC（ProgrammableLogicController）。

某型號(hào)PLC的內(nèi)部電路

PLC的主要特點(diǎn)

高可靠性

豐富的I/O接口模塊

采用模塊化結(jié)構(gòu)

編程簡單易學(xué)

安裝簡單，維修方便

PLC的功能

邏輯控制

定時(shí)控制

計(jì)數(shù)控制

步進(jìn)(順序)控制

PID控制

數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。

通信和聯(lián)網(wǎng)

其它

PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。

某型號(hào)PLC控制柜

二、PLD是可編程邏輯器件（ProgramableLogicDevice）的簡稱，F(xiàn)PGA是現(xiàn)場可編程門陣列（FieldProgramableGateArray）的簡稱，兩者的功能基本相同，只是實(shí)現(xiàn)原理略有不同，所以我們有時(shí)可以忽略這兩者的區(qū)別，統(tǒng)稱為可編程邏輯器件或PLD/FPGA。

PLD是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一項(xiàng)技術(shù)，它的影響絲毫不亞于70年代單片機(jī)的發(fā)明和使用。PLD能做什么呢？可以毫不夸張的講，PLD能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU，下至簡單的74電路，都可以用PLD來實(shí)現(xiàn)。

PLD如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真，我們可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。在PCB完成以后，還可以利用PLD的在線修改能力，隨時(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動(dòng)硬件電路。使用PLD來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。

某型號(hào)的PLD內(nèi)部電路

典型的PLD由一個(gè)“與”門和一個(gè)“或”門陣列組成，而任意一個(gè)組合邏輯都可以用“與一或”表達(dá)式來描述，所以，PLD能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能.這一階段的產(chǎn)品主要有PAL(可編程陣列邏輯)和GAL(通用陣列邏輯)。

對(duì)于可編程邏輯器件，設(shè)計(jì)人員可利用價(jià)格低廉的軟件工具快速開發(fā)、仿真和測試其設(shè)計(jì)。然后，可快速將設(shè)計(jì)編程到器件中，并立即在實(shí)際運(yùn)行的電路中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行測試。原型中使用的PLD器件與正式生產(chǎn)最終設(shè)備（如網(wǎng)絡(luò)路由器、DSL調(diào)制解調(diào)器、DVD播放器、或汽車導(dǎo)航系統(tǒng)）時(shí)所使用的PLD完全相同。這樣就沒有了NRE成本，最終的設(shè)計(jì)也比采用定制固定邏輯器件時(shí)完成得更快。

采用PLD的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)階段中客戶可根據(jù)需要修改電路，直到對(duì)設(shè)計(jì)工作感到滿意為止。這是因?yàn)镻LD基于可重寫的存儲(chǔ)器技術(shù)--要改變?cè)O(shè)計(jì)，只需要簡單地對(duì)器件進(jìn)行重新編程。一旦設(shè)計(jì)完成，客戶可立即投入生產(chǎn)，只需要利用最終軟件設(shè)計(jì)文件簡單地編程所需要數(shù)量的PLD就可以了。

某型號(hào)PLD外觀

下面以FPGA為例進(jìn)行介紹PLD的編程原理

編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元以陣列形式分布在FPGA中，編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元陣列結(jié)構(gòu)如圖1所示。存儲(chǔ)單元為5管SRAM結(jié)構(gòu),只有一根位線。其中T管為本單元控制門，由字線控制。數(shù)據(jù)以串行方式移入移位寄存器，而地址移位寄存器順序選中存儲(chǔ)單元的一根字線，當(dāng)某列字線為高電平時(shí),該列存儲(chǔ)單元的T管導(dǎo)通，從而與位線接通，在寫信號(hào)控制下將數(shù)據(jù)移位寄存器中一個(gè)字的數(shù)據(jù)通過各列位線寫入該列存儲(chǔ)單元。

編程數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式組成數(shù)據(jù)流裝入FPGA中，編程數(shù)據(jù)流由開發(fā)軟件自動(dòng)生成。開發(fā)軟件將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成網(wǎng)表文件，它自動(dòng)對(duì)邏輯電路分區(qū)、布局和布線和校驗(yàn)FPGA的設(shè)計(jì)，然后按PROM格式產(chǎn)生編程數(shù)據(jù)流并形成編程數(shù)據(jù)文件，最后還可將編程數(shù)據(jù)文件存入PROM中。

圖1編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元陣列結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在一般把所有超過某一集成度（如1000門以上）的PLD器件都稱為CPLD。CPLD由可編程邏輯的功能塊圍繞一個(gè)可編程互連矩陣構(gòu)成。由固定長度的金屬線實(shí)現(xiàn)邏輯單元之間的互連，并增加了I/O控制模塊的數(shù)量和功能?？梢园袰PLD的基本結(jié)構(gòu)看成由可編程邏輯陣列（LAB）、可編程I/O控制模塊和可編程內(nèi)部連線（PIA）等三部分組成。

MAX7123的結(jié)構(gòu)

1．可編程邏輯陣列（LAB）

可編程邏輯陣列又若干個(gè)可編程邏輯宏單元（LogicMacroCell，LMC）組成，LMC內(nèi)部主要包括與陣列、或陣列、可編程觸發(fā)器和多路選擇器等電路，能獨(dú)立地配置為時(shí)序或組合工作方式。

與或陣列結(jié)構(gòu)圖

CPLD中與、或門的表示方法

（1）乘積項(xiàng)共享結(jié)構(gòu)

在CPLD的宏單元中，如果輸出表達(dá)式的與項(xiàng)較多，對(duì)應(yīng)的或門輸入端不夠用時(shí)，可以借助可編程開關(guān)將同一單元（或其他單元）中的其他或門與之聯(lián)合起來使用，或者在每個(gè)宏單元中提供未使用的乘積項(xiàng)給其他宏單元使用。

EPM7128E乘積項(xiàng)擴(kuò)展和并聯(lián)擴(kuò)展項(xiàng)的結(jié)構(gòu)圖

（2）多觸發(fā)器結(jié)構(gòu)

早期可編程器件的每個(gè)輸出宏單元（OLMC）只有一個(gè)觸發(fā)器，而CPLD的宏單元內(nèi)通常含兩個(gè)或兩個(gè)以上的觸發(fā)器，其中只有一個(gè)觸發(fā)器與輸出端相連，其余觸發(fā)器的輸出不與輸出端相連，但可以通過相應(yīng)的緩沖電路反饋到與陣列，從而與其他觸發(fā)器一起構(gòu)成較復(fù)雜的時(shí)序電路。這些不與輸出端相連的內(nèi)部觸發(fā)器就稱為“隱埋”觸發(fā)器。這種結(jié)構(gòu)可以不增加引腳數(shù)目，而增加其內(nèi)部資源。

（3）異步時(shí)鐘

早期可編程器件只能實(shí)現(xiàn)同步時(shí)序電路，在CPLD器件中各觸發(fā)器的時(shí)鐘可以異步工作，有些器件中觸發(fā)器的時(shí)鐘還可以通過數(shù)據(jù)選擇器或時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選擇。此外，OLMC內(nèi)觸發(fā)器的異步清零和異步置位也可以用乘積項(xiàng)進(jìn)行控制，因而使用更加靈活

2、可編程I/O單元（IOC）

CPLD的I/O單元（Input/OutputCell，IOC），是內(nèi)部信號(hào)到I/O引腳的接口部分。根據(jù)器件和功能的不同，各種器件的結(jié)構(gòu)也不相同。由于陣列型器件通常只有少數(shù)幾個(gè)專用輸入端，大部分端口均為I/O端，而且系統(tǒng)的輸入信號(hào)通常需要鎖存。因此I/O常作為一個(gè)獨(dú)立單元來處理。

3、可編程內(nèi)部連線（PIA）

可編程內(nèi)部連線的作用是在各邏輯宏單元之間以及邏輯宏單元和I/O單元之間提供互連網(wǎng)絡(luò)。各邏輯宏單元通過可編程連線陣列接收來自輸入端的信號(hào)，并將宏單元的信號(hào)送目的地。這種互連機(jī)制有很大的靈活性，它允許在不影響引腳分配的情況下改變內(nèi)部的設(shè)計(jì)。

總結(jié)：二者最大的區(qū)別就是控制邏輯，PLC為固定邏輯器件（通過改變軟件實(shí)現(xiàn)功能），而PLD為可變邏輯器件（通過改變內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能）。

另外，PLC一般用于弱點(diǎn)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電的場合（自動(dòng)化專業(yè)的朋友們一定很了解），例如大型機(jī)床的控制、機(jī)械手的控制。而PLD主要用于仿真電路等集成電路前期設(shè)計(jì)工作，與弱點(diǎn)類控制。

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