相信通过上一期的文章,大家已经对逻辑电路和单片机的区别有了一些了解,也看到了一些其它爱好者使用逻辑电路(FPGA)做的一些制作。今天要讲的则是一些更加实际的东西,关于相关芯片、开发板的购买,以及本系列实现教程的目标——游戏机——的过程概览。
74 or PLD?
也是按照之前的顺序,我们先讲74再讲CPLD/FPGA。74系列芯片虽然是很早以前就有的东西,功能也可以被可编程器件取代,但是它并没有被完全淘汰。74系列芯片仍然经常被应用在各种电路当中,也容易被买到。值得注意的是,74系列芯片也经常被称为TTL芯片,这是不准确的,74系列也有不少使用CMOS技术制造的芯片,且CMOS是最常使用的,而非TTL。另外提一点,虽然74系列芯片可以被认为是基础,但是完成本系列的教程并不一定需要购买使用74系列芯片,当然作为增加趣味是可以的。
74系列之所以被称为系列,是因为它里面有许多不同功能的芯片,组成了一个系列。基础的比如与或非门,稍微复杂一些的如触发器,再复杂一些如计数器、加法器,都有对应的芯片可以选择。玩过单片机的朋友可能比较熟悉595、245,这些也是74系列芯片的成员,这两者分别常用于扩展IO口和驱动总线。通常来说,74系列芯片使用14脚的DIP或SOP封装,实现一个制作通常也需要多片74芯片。因为根据不同制作和设计的不同,需要的芯片种类和个数也有可能非常不一样,这里可能很难做一个具体的推荐。但是为了完成一些基础的实验,通常来说会用到74HC04(非门)、74HC08(与门)、74HC32(或门)、74HC74(D触发器)和74HC47(LED译码器)。考虑到这些芯片的价格通常比较便宜(几毛钱到1块多人民币不等),可以在买元件的时候顺便带上几片。值得注意的是,由于74芯片确实可以实现和FPGA等价的逻辑功能(但是设计的时序问题可能就较难处理,通常只能实现较为低速的电路设计),为此有不少人热衷于使用74芯片来实现大型的电路,而不是FPGA。毕竟最初的目的只是为了好玩,用74来设计确实可以增加不少乐趣。以下是一个完全用74芯片制作的CPU——TD4: 感兴趣的朋友可以自己搜索来了解一下,也可以尝试把它做出来。
(使用74系列芯片制作的CPU——TD4)
接下来,来讲讲CPLD和FPGA。74虽然能做逻辑电路,但是,设计起来费力,制作起来费力,调试起来也费力。可编程逻辑器件就相对友好的多。可编程逻辑器件,最常见的也就是CPLD和FPGA。