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模块一 EDA技术基础知识3

任务1 了解EDA技术3

1.1 EDA技术的概念3

1.1.1 案例引入3

1.1.2 EDA技术说明4

1.1.3 EDA技术的重要性5

1.2 EDA技术的知识体系6

1.2.1 可编程逻辑器件6

1.2.2 硬件描述语言7

1.2.3 EDA工具软件8

1.3 EDA技术的特点和发展趋势8

1.3.1 EDA技术的主要特点8

1.3.2 EDA技术的发展趋势10

1.4 总结与思考11

1.4.1 小结11

1.4.2 思考题12

任务2 了解可编程逻辑器件13

2.1 可编程逻辑器件概述13

2.1.1 可编程逻辑器件的发展历程13

2.1.2 可编程逻辑器件的分类13

2.1.3 基本结构和编程原理15

2.1.4 PLD逻辑符号的画法和约定15

2.2 简单PLD16

2.2.1 PAL16

2.2.2 GAL19

2.3 CPLD和FPGA23

2.3.1 CPLD的基本结构23

2.3.2 FPGA的基本结构24

2.3.3 Altera公司器件介绍26

2.3.4 FPGA和CPLD的选用27

2.4 ispGDS介绍29

2.4.1 ispGDS的原理与结构29

2.4.2 ispGDS的使用31

2.5 CPLD和FPGA的编程与配置方法32

2.5.1 CPLD的ISP方式编程32

2.5.2 使用PC并行口配置FPGA33

2.5.3 使用专用配置器件配置FPGA34

2.5.4 使用单片机配置FPGA35

2.6 总结与思考36

2.6.1 小结36

2.6.2 思考题37

任务3 初探EDA技术38

3.1 知识准备1——EDA设计流程38

3.1.1 设计输入38

3.1.2 设计实现39

3.1.3 设计仿真40

3.1.4 编程或配置41

3.2 知识准备2——Quartus Ⅱ的图形界面41

3.2.1 工程导航区42

3.2.2 状态区42

3.2.3 信息区42

3.2.4 工作区43

3.2.5 快捷命令工具栏43

3.3 实例引导——1位全加器的原理图输入设计44

3.3.1 任务引入与分析44

3.3.2 创建工程设计项目45

3.3.3 编辑设计原理图46

3.3.4 设计编译与仿真48

3.3.5 引脚锁定与编程下载52

3.4 总结、思考与实训54

3.4.1 归纳总结54

3.4.2 思考题57

3.4.3 引导训练——用层次化方法设计1位全加器57

3.4.4 技能实训1——用原理图输入法设计4位全加器58

模块二 VHDL硬件描述语言63

任务4 了解VHDL程序结构及语言要素63

4.1 VHDL程序结构63

4.1.1 VHDL程序结构及实例说明63

4.1.2 实体（ENTITY）部分说明65

4.1.3 结构体（ARCHITECTURE）部分说明67

4.1.4 库（LIBRARY）部分说明71

4.1.5 程序包（PACKAGE）部分说明73

4.1.6 配置（CONFIGURATION）部分说明76

4.2 VHDL语言要素78

4.2.1 文字规则78

4.2.2 数据对象80

4.2.3 数据类型83

4.2.4 类型转换86

4.2.5 操作符88

4.3 总结与思考91

4.3.1 小结91

4.3.2 思考题与习题91

任务5 学习掌握VHDL语句93

5.1 VHDL顺序语句93

5.1.1 IF语句93

5.1.2 CASE语句97

5.1.3 LOOP语句99

5.1.4 NEXT语句101

5.1.5 EXIT语句102

5.1.6 WAIT语句103

5.1.7 RETURN语句104

5.1.8 NULL语句104

5.2 VHDL并行语句105

5.2.1 PROCESS语句105

5.2.2 并行信号赋值语句107

5.2.3 BLOCK语句109

5.2.4 元件例化语句111

5.2.5 GENERATE语句113

5.3 其他语句114

5.3.1 子程序及子程序调用语句114

5.3.2 ASSERT语句119

5.3.3 REPORT语句120

5.3.4 属性语句120

5.4 总结、思考与训练123

5.4.1 小结123

5.4.2 程序阅读和编写技能训练123

模块三 Quartus Ⅱ软件的应用127

任务6 掌握Quartus Ⅱ的多种应用127

6.1 文本编辑输入法设计向导——计数器设计127

6.1.1 编辑设计文件128

6.1.2 创建工程128

6.1.3 编译130

6.1.4 时序仿真132

6.1.5 引脚锁定与下载137

6.2 应用宏功能的原理图设计142

6.2.1 计数器设计142

6.2.2 频率计主体电路设计144

6.2.3 时序控制电路的设计145

6.2.4 顶层电路设计146

6.2.5 引脚锁定和下载146

6.3 层次电路设计147

6.3.1 顶层文件设计147

6.3.2 创建各模块的下层设计文件151

6.3.3 设计项目的编译仿真153

6.3.4 层次显示153

6.4 技能实训153

6.4.1 技能实训2——计数译码器的文本输入层次化设计153

6.4.2 技能实训3——2位十进制计数译码器的宏函数调用设计156

6.4.3 技能实训4——2位十进制频率计的宏函数调用与层次设计综合实训156

模块四 常用电路的VHDL设计实例163

任务7 常用电路的VHDL描述方法163

7.1 组合逻辑电路设计163

7.1.1 任务引入与分析163

7.1.2 任务实施163

7.1.3 拓展与训练166

7.2 时序逻辑电路设计167

7.2.1 任务引入与分析167

7.2.2 任务实施168

7.2.3 拓展与训练171

7.3 状态机设计174

7.3.1 任务引入与分析174

7.3.2 任务实施175

7.3.3 拓展与训练177

7.4 存储器设计180

7.4.1 任务引入与分析180

7.4.2 任务实施180

7.4.3 拓展与训练182

7.5 特色实用电路设计183

7.5.1 任务引入与分析183

7.5.2 任务实施183

7.5.3 拓展与训练184

7.6 总结、思考与实训185

7.6.1 小结185

7.6.2 VHDL编程训练题186

7.6.3 技能实训5——计数器的设计186

7.6.4 技能实训6——简易彩灯控制器设计188

模块五 EDA设计综合训练193

任务8 EDA技能综合提高193

8.1 数字钟的设计193

8.1.1 任务引入与分析——数字钟的设计要求193

8.1.2 任务实施方案193

8.1.3 数字钟各模块的VHDL源程序设计194

8.2 智力竞赛抢答器201

8.2.1 任务引入与分析——抢答器的设计要求201

8.2.2 任务实施方案201

8.2.3 抢答器的V HDL源程序设计202

8.3 交通灯的控制器设计204

8.3.1 任务引入与分析——交通灯控制器的设计要求204

8.3.2 任务实施方案204

8.3.3 交通灯控制器V HDL源程序设计205

8.3.4 调试仿真与验证206

8.4 8路彩灯控制器设计207

8.4.1 任务引入与分析——8路彩灯控制器的设计要求207

8.4.2 任务实施方案207

8.4.3 各模块的V HDL源程序设计208

8.4.4 仿真与调试211

8.5 简易数字频率计设计212

8.5.1 任务引入与分析——频率计的设计要求212

8.5.2 任务实施方案212

8.5.3 各模块的V HDL源程序设计212

8.6 “梁祝”乐曲演奏电路设计215

8.6.1 任务引入与分析215

8.6.2 任务实施方案215

8.6.3 各模块的VHDL源程序设计216

8.6.4 调试与实现222

8.7 综合训练题222

附录 GW48系列EDA实验开发系统使用说明225

参考文献245