在进行了两期的背景介绍后，本期也是终于是进入正题了。如果你之前有了解过数字电路，大概就听说过数字电路大致可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路，而大部分的电路都是这两者的结合。本期所要介绍的也就是这其中的前者：组合逻辑。顺便，上期之后，大概部分玩家购买的74芯片或者FPGA开发板也已经到货了吧？本期也会附带关于如何用74或者FPGA实现这些实验的说明。   第一个例子还是从第一期举过的例子开始好了。想要设计一个电路，里面有两个开关和一个灯泡，希望实现两个开关任意一个打开的时候灯泡点亮。当然，一个显而易见的解决方案就是把两个开关并联，如下图所示：

但是如果我们用像一般考虑单片机电路一样的思路去考虑，那么就可以把两个开关看作是两个输入口，而灯泡是一个输出口，那么这个电路就会变成这样：

而这个盒子里面所包括的就是需要实现的电路。这个电路可以是一块74，也可以是一块单片机，或者只是像图1一样简单的连接起来而已。这里就来考虑下，如果要用单片机来实现要怎么做吧。很简单，一句if语句的事情，直接翻译要求，if ((a == 1)||(b == 1)) c = 1; else c = 0; 可以看见逻辑运算已经出现了，输入1为高或者输入2为高时，输出1为高，否则输出1为低，这样就是这个简单例子的逻辑。另外等于1 可以省略，就变成了if (a || b) c = 1; else c = 0;，再考虑到因为逻辑运算的结果本身就是1或者0，这里甚至不需要if，只需要 c = (a || b) 即可。 只有一个简单的“或”运算（||, OR）的关系，如果要用图示描述出来的话：

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。

想必各位读者中有不少是玩过Arduino、单片机或者是做过一些模拟电路制作的吧？ 在玩过这些东西之后，经常会有的一个疑问就是，下一步玩什么？一部分人选择更加复杂的东西，比如32位单片机（如STM32）或者研究嵌入式Linux（如以“树莓派”为代表的超小型计算机），而另一部分人则是选择尽可能利用已经会的东西，做出一些有意思的制作。如果是前者，那么相信，这个所谓的“更复杂的东西”的列表里，一定会有FPGA。这个系列的文章，就是希望帮助那些已经有一定电子制作的基础，想要了解或者学习FPGA，却无从下手的人，当然可能对于正在学校学习FPGA的学生也会有一定的启发作用。本文作为这个系列文章的第一篇，先对FPGA以及相关的内容做一个概述。

如果从来接触过FPGA，那么可能直觉上会认为FPGA是一种很厉害的单片机（MCU），毕竟它看起来也就是一个体积比较大的芯片，开发板看起来也就和单片机开发板一样，甚至开发板自带的教程也像单片机的教程一样，把开发板上面自带的外设全部玩一遍。然而，实际上根本不是这样，FPGA并不是单片机，而且这两者甚至很难具有可比性。通常而言，玩单片机是玩软件编程，而玩FPGA是玩硬件编程。要了解FPGA的含义和用途，还要先从它的功能开始。

FPGA有什么功能？

首先我们来考虑一个问题。现在有一个LED，有一个按键，要实现按下按键点亮LED，应该怎么做呢？答案很简单，把电源、LED和按键全部串联在一起就行了。按下按键，电路接通，LED就会点亮。要用单片机来实现这个效果，基本的思路就是使用一个死循环，不停读取按键输入，然后把结果输出到LED。听起来用单片机完全就是多此一举嘛。那么现在来修改一下需求，有两个按键，要实现现在正好两个按键都按下或者都松开的情况时候点亮LED。用单片机来做并不需要做太多的修改，只需要在循环当中加入一些判断语句即可。如果这种情况下，还需要不使用任何芯片来控制LED，就不是连几条线的事情了。那么是不是说明单片机非常适合做这类的事情呢？其实并不是。考虑一下，如果这只是单片机需要做的事情的一部分，假如单片机还需要进行其他的处理，比如需要控制数码管刷新，也需要不断循坏。当很多这种需要不断循环的东西放到一起时，程序就不那么容易实现了，而且受限于单片机的性能，各个任务的响应速度也会受到影响。

那么有没有除了单片机以外的，更加直接一些的方法，用来实现以上的简单任务呢？比如有没有什么东西，正好有两个输入和一个输出，当且仅当两个输入全部为高或者全部为低的时候，输出高电平呢？答案是肯定的。有一种芯片，叫做74LS86，正好可以实现这个功能。功能类似的芯片还有很多，这类芯片就叫做逻辑们芯片，或者我们常说的74系列芯片（74是主要的逻辑芯片系列，但是也有很多其它系列的逻辑芯片）。他们的内部通常并不复杂，只有数量较少的三极管或者场效应管而已。有了这种芯片，电路设计就十分容易了，把按键接上74LS86的输入，把LED接上74LS86的输出，就能得到需要的效果。当然，如果有更多事情要做，就得加入更多的芯片了，因为单片74芯片通常只能实现非常有限的功能。而且，可想而知，不可能针对每一种特定的应用都会有特定的芯片，这样成本也太高了。也正是这个原因，才会有单片机这类的可编程器件，可以随时修改其实现的功能以满足不同的需要。似乎绕了一圈又回到了原点，并没有解决之前提到的问题，反而是带来了更多的问题。也确实不奇怪，发明单片机的一个目的就是代替一部分用74芯片实现的电路。