自制芯片：揭秘奇妙的制作过程

Table of Contents

1. 标题：引言
2. 标题：自制芯片的奇妙旅程
3. 标题：PLD：可编程逻辑器件
   • 子标题：PLD的基础知识
   • 子标题：前世今生：Pal与GAL的故事
   • 子标题：更为复杂的逻辑器件：CPLD与FPGA
4. 标题：实践与应用
   • 子标题：数据表的解读
   • 子标题：线路图与烧录
   • 子标题：自制编程器
   • 子标题：结构设计与电路板制作
5. 标题：工程案例：计数电路
   • 子标题：计数器基础知识
   • 子标题：扩展功能：七段数码管
   • 子标题：编程与实现
6. 标题：总结与致谢
7. 标题：FAQ

引言

大家好！今天我将为大家讲解一种令人惊叹的技术——自制芯片。在我们需要完成一个项目却无法找到所需芯片的情况下，我们可以动手制作自己的芯片。不仅如此，利用可编程逻辑器件（PLD），我们还能实现任意逻辑功能，只需一台Arduino和一小部分晶体管电路。接下来，我将为大家详细介绍PLD的原理、应用和制作方法。让我们一起探索这个令人着迷的领域吧！

自制芯片的奇妙旅程

PLD：可编程逻辑器件

PLD的基础知识

在介绍PLD之前，我们先来了解一下它的基础知识。PLD是指可编程逻辑器件，它是一种可以通过编程实现不同逻辑功能的集成电路。通过使用PLD，我们可以用一个芯片实现原本需要多个逻辑门才能实现的电路功能。这样不仅能够节省电路板上的空间，还可以简化整个系统的设计与调试过程。

前世今生：PAL与GAL的故事

早在上世纪70年代，可编程阵列逻辑器件（PAL）就已经问世了。起初，PAL只能被编程一次，但后来又出现了可紫外线擦除的EPROM和可电擦除的EEPAL。然而，PAL的缺点在于用户需要在不同的器件中选择，因为它们的输出逻辑不同。1984年，Lattice推出了一种名为GAL的E PAL，它具有可编程输出逻辑的特点，可以模仿所有PAL的硬连线逻辑。GAL逐渐成为E PAL的代名词，类似于可口可乐是所有颜色深且不健康的甜饮料的代名词。Lattice已经停产了GAL芯片，但Atmel（现已被Microchip收购）仍在生产ATFs芯片。此外，市场上仍有很多供应商提供GAL芯片的新老库存。因此，这些芯片非常适合用于较小的逻辑电路。

更为复杂的逻辑器件：CPLD与FPGA

对于更复杂的任务，我们需要使用复杂可编程逻辑器件（CPLD）或现场可编程门阵列（FPGA）。这些器件甚至可以实现整个微控制器的功能。对于CPLD，我们可以使用GAL16v8和兼容的ATF16v8芯片，它们拥有16个输入引脚，其中8个可编程为输入或输出。对于更大规模的电路，可以选择GAL和ATF22v10，它们具有22个输入引脚和最多10个IO引脚。

实践与应用

数据表的解读

为了实现我们的电路，我们首先需要推导出布尔方程式。通过观察逻辑表格，我们可以看到它由多个与门和或门组成。输入管脚的状态由可编程的开关（称为保险丝）决定。我们需要设置这些保险丝来实现我们想要的逻辑功能。

线路图与烧录

为了将逻辑功能烧录到PLD芯片中，我们需要查看芯片的数据手册。手册中会详细介绍输出逻辑、输入连接和保险丝的设置方式。为了简化操作，我们可以使用各种硬件描述语言和JDEC编译器来编辑和生成JDEC文件。通过编写JDEC文件，我们可以将保险丝的分布和输出逻辑的控制位写入芯片中。

自制编程器

如果作为业余爱好者，你可能不想购买昂贵的编程器。幸运的是，我们可以借助Arduino自制编程器。只需要几个普通的晶体管和电路，就可以通过串行协议对芯片进行读写操作。

结构设计与电路板制作

如果你想要一个更可靠的解决方案，建议使用PCBGogo的电路板。PCBGogo提供优质性价比高的电路板，价格实惠。你可以订购五个双层电路板，仅需五美元甚至免费。如果你有兴趣，可以访问PCBGogo的官网获取更多信息。

工程案例：计数电路

计数器基础知识

想象一下，我们有一个计数器，可以根据时钟信号上升沿的触发记录计数值。通过级联多个计数器，我们还可以实现更大范围的计数。计数器可以通过引脚输入高电平以复位，并通过引脚输入高电平实现倒数。

扩展功能：七段数码管

为了让计数器更加直观，我们可以使用七段数码管来显示计数值。通过向芯片中添加相关的状态和输出逻辑，我们可以实现将计数值显示在七段数码管上的功能。

编程与实现

通过使用CUPL编译工具和硬件描述语言，我们可以对计数器电路进行编程。我们可以定义输入和输出的别名，并使用布尔方程式来描述它们之间的关系。编译和仿真工具可以帮助我们检查电路是否按照预期进行操作。最后，我们可以将编译生成的JDEC文件使用编程器烧录到芯片中，从而实现我们想要的计数功能。

总结与致谢

总之，通过自制芯片和使用PLD，我们可以实现各种复杂逻辑功能。无论是制作小型电路还是设计大型系统，PLD都能为我们节省空间、简化设计并提供灵活性。感谢大家的观看和支持，如果本视频对您有所帮助，请点赞并分享给更多人。欢迎关注我的其他视频，订阅我的频道以获取更多精彩内容。如果您愿意支持我的创作，您可以给我买杯咖啡或成为我的赞助人，以获取无广告版本的新视频预览。谢谢大家！

FAQ

1. 问：PLD与FPGA有什么区别？ 答：PLD和FPGA都是可编程逻辑器件，二者最主要的区别在于规模和灵活性。PLD适用于较小和简单的逻辑电路，而FPGA适用于较大和复杂的电路，甚至可以实现整个微控制器的功能。

2. 问：我需要花费多少成本才能制作自己的芯片？ 答：自制芯片的成本主要取决于所使用的PLD型号和制作电路板的费用。一般来说，PLD芯片的价格相对较低，而电路板的成本取决于质量和制造商。使用PCBGogo等服务可以降低电路板制作的成本。

3. 问：编程PLD是否需要专业的知识？ 答：虽然编程PLD需要一定的硬件和软件知识，但通过学习相关文档和使用硬件描述语言，大多数人都可以掌握这项技能。此外，各种编程工具和示例代码也可供参考和学习。

4. 问：PLD芯片有多耐用？可以多次编程吗？ 答：PLD芯片的耐久性因制造商和型号而异。一般来说，PLD芯片可以多次擦写并重新编程，但使用次数会对其寿命产生影响。请参考芯片的规格说明以了解详细信息。

资源链接：

• PCBGogo