Nel mondo dell’elettronica digitale, esiste un territorio affascinante che si colloca esattamente tra le semplici porte logiche (serie 7400) e i complessi microcontrollori: i PLD (Programmable Logic Devices).
In questo secondo appuntamento del nostro corso, esploriamo in profondità le PAL (Programmable Array Logic), capendo come funzionano e, soprattutto, come possiamo programmarle oggi utilizzando strumenti moderni come il chip ATF16V8 e il linguaggio WinCUPL.
Cos’è una PAL e perché è ancora attuale?
Nate alla fine degli anni ’70, le PAL hanno rivoluzionato il design hardware permettendo di raggruppare intere sezioni di logica combinatoria in un unico chip. La loro architettura si basa su una matrice AND programmabile che pilota una matrice OR fissa.
Sebbene le PAL originali fossero programmabili una sola volta (OTP), oggi utilizziamo versioni EPLD (elettricamente cancellabili e riprogrammabili). Studiarle non è solo un esercizio di stile: la loro struttura base è la stessa che ritroviamo, elevata alla massima potenza, all’interno delle moderne FPGA.
Il componente scelto: Atmel/Microchip ATF16V8
Per le nostre demo utilizziamo l’ATF16V8. Si tratta di un dispositivo estremamente versatile che può emulare quasi tutte le vecchie PAL a 20 pin. I vantaggi di questo chip sono evidenti:
- Riprogrammabilità: Supporta fino a 100 cicli di scrittura/cancellazione.
- Data Retention: Garantisce la conservazione dei dati per 20 anni.
- Flessibilità: Può operare in modalità Simple, Complex o Registered (per logiche sequenziali).
Il Linguaggio CUPL: Descrivere l’Hardware
Per “spiegare” al chip quale logica deve seguire, non usiamo il C o l’Assembly, ma un linguaggio di descrizione hardware chiamato CUPL (Compiler for Universal Programmable Logic).
Il codice si divide in tre sezioni principali:
- Header: Dove definiamo il nome del progetto, la data e il modello di chip utilizzato.
- Declaration: In questa fase assegniamo nomi logici ai pin fisici del chip (es. Pin 1 = Input A).
- Main Body: Qui scriviamo le equazioni booleane o le tabelle della verità.
Esempio: Implementare una porta EXOR
Invece di collegare porte logiche fisiche, in WinCUPL scriviamo semplicemente l’equazione: Uscita = (!A & B) # (A & !B);(Dove ! sta per NOT, & per AND e # per OR).
Il Flusso di Lavoro: Dal Codice al Chip
Il processo di sviluppo segue una pipeline precisa che garantisce risultati affidabili:
- Scrittura del codice: Si redige il file sorgente con estensione
.PLD. - Simulazione: Prima di masterizzare il chip, creiamo un file di test vettoriali per verificare che l’uscita risponda correttamente agli ingressi.
- Compilazione: WinCUPL genera un file JEDEC (
.JED), che contiene la mappa dei fusibili elettronici da programmare. - Programmazione: Tramite un programmatore universale (come l’economico ed efficace XGecu T48), trasferiamo il file JEDEC sul chip fisico.
Test e Risultati
Una volta programmato, l’ATF16V8 si comporta esattamente come un circuito integrato custom. Testandolo su breadboard, possiamo verificare come una singola “scheggia di silicio” possa sostituire diversi componenti discreti, riducendo lo spazio, i consumi e la complessità del cablaggio.
Conclusioni
Le PAL rappresentano il primo passo per chiunque voglia approcciarsi seriamente al Digital Design. Capire come gestire le matrici AND/OR e come scrivere equazioni booleane in WinCUPL apre la strada a progetti molto più ambiziosi.
Nel prossimo articolo faremo un salto di qualità: vedremo come utilizzare questa potenza di calcolo per gestire un display a 16 segmenti, dove la logica combinatoria diventa fondamentale per la decodifica dei caratteri.
