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第1章 可编程逻辑器件与EDA技术概述1

1.1 EDA技术概述1

1.1.1 EDA技术的起源及发展1

1.1.2 EDA技术的主要内容4

1.1.3 大规模可编程逻辑器件4

1.1.4 硬件描述语言（HDL）6

1.1.5 软件开发工具6

1.1.6 实验开发系统9

1.1.7 EDA技术的发展趋势10

1.2 EDA设计流程11

1.2.1 EDA设计过程11

1.2.2 EDA设计具体实现方法14

1.3 CPLD/FPGA基本原理17

1.3.1 可编程逻辑器件的发展17

1.3.2 可编程逻辑器件的分类18

1.3.3 FPGA的基本结构19

1.3.4 CPLD的基本结构20

1.3.5 CPLD和FPGA的比较20

1.3.6 CPLD基本原理21

1.3.7 FPGA结构原理23

1.4 CPLD/FPGA器件的应用选择25

思考与练习27

第2章 VHDL语言基础28

2.1 VHDL语言简介28

2.2 VHDL基本程序结构29

2.2.1 实体（Entity）30

2.2.2 结构体（Architecture）30

2.2.3 库（Library）和程序包（Package）30

2.2.4 配置（Configuration）30

2.3 VHDL语言描述方式31

2.3.1 行为（Behavior）描述方式32

2.3.2 数据流（Dataflow）描述方式33

2.3.3 结构（Stucture）描述方式33

2.4 VHDL程序描述33

2.4.1 实体声明（Entity Declaration）34

2.4.2 结构体声明与描述（Architecture Declaration and Description）35

2.4.3 程序包（Package）36

2.4.4 配置（Configuration）38

2.4.5 库（Library）39

2.5 VHDL数据对象（Objects）39

2.5.1 信号声明与使用（Signal）40

2.5.2 常量声明与使用（Constants）40

2.5.3 变量声明与使用（Variables）41

2.5.4 数据对象的比较42

思考与练习43

第3章 VHDL语法要素44

3.1 VHDL基本数据类型44

3.1.1 标量数据类型44

3.1.2 复合数据类型47

3.1.3 数据类型转换48

3.2 VHDL文字规则51

3.2.1 数值表达51

3.2.2 标识符52

3.3 VHDL操作符53

3.3.1 操作符的类型53

3.3.2 操作符的优先级54

思考与练习55

第4章 VHDL语句57

4.1 VHDL并行语句（Concurrent Statements）57

4.1.1 并行信号赋值语句57

4.1.2 进程语句61

4.1.3 块语句（Block Statement）63

4.1.4 元件例化语句（Component Instantiation）66

4.1.5 过程调用语句（Procedure Call）70

4.1.6 生成语句（Generate Statement）72

4.2 VHDL顺序语句（Sequential Statements）76

4.2.1 信号赋值和变量赋值语句（Signal and Variable Assignments）76

4.2.2 IF语句（IF Statement）77

4.2.3 CASE语句（CASE Statement）79

4.2.4 NULL语句80

4.2.5 LOOP语句80

4.2.6 NEXT语句83

4.2.7 EXIT语句83

4.2.8 WAIT语句84

4.2.9 RETURN语句85

4.3 其他语句结构86

4.3.1 子程序（Subprogram）86

4.3.2 函数（Function）86

4.3.3 过程（Procedure）92

4.3.4 子程序重载（Subprogram Overload）94

4.3.5 预定义属性（Predefined Attributes）95

思考与练习99

第5章 基本逻辑电路设计实例103

5.1 多路选择器设计103

5.1.1 4选1多路选择器103

5.1.2 数据分配器105

5.2 译码/编码器设计106

5.2.1 3-8译码器106

5.2.2 7段数码管译码器108

5.2.3 优先编码器109

5.2.4 二-十进制码制转换110

5.3 计数器设计112

5.3.1 基本计数器112

5.3.2 可逆计数器114

5.3.3 可预置计数器115

5.4 微分电路设计116

5.4.1 延迟电路116

5.4.2 微分电路117

5.4.3 同步计数器119

5.5 分频电路设计120

5.5.1 整数分频电路120

5.5.2 2.5 分频电路121

5.6 键盘去抖动电路设计123

5.7 计数与显示电路设计125

思考与练习129

第6章 状态机设计131

6.1 状态机的设计与实现131

6.1.1 状态机的优点131

6.1.2 VHDL语言中的状态机设计种类131

6.1.3 状态机的结构132

6.2 状态机设计举例133

6.2.1 交通灯控制器的逻辑实现133

6.2.2 单进程Moore状态机135

6.2.3 Mealy型有限状态机137

6.3 状态机综合设计实例139

思考与练习142

第7章 Quartus Ⅱ软件操作指南143

7.1 Quartus Ⅱ 9.0简介143

7.2 Quartus Ⅱ 设计流程144

7.2.1 建立新工程144

7.2.2 设计输入148

7.2.3 分析与综合151

7.2.4 适配（Fitter）153

7.2.5 全程编译（Start Simulation）153

7.2.6 时序仿真153

7.2.7 电路观察器（RTL Viewer）160

7.2.8 打开原有工程160

7.3 引脚分配与下载160

7.3.1 引脚分配160

7.3.2 编程与配置162

7.4 Project Navigator（工程导航）与工程管理165

7.4.1 【 Hierarchy】标签页166

7.4.2 【 Files】标签页168

7.4.3 工程文件管理169

思考与练习172

第8章 Quartus Ⅱ应用技巧173

8.1 文本编辑器173

8.1.1 【 Files】菜单173

8.1.2 文本编辑器编辑工具174

8.2 原理图编辑器（Block Diagram/Schematic File）178

8.2.1 原理图编辑工具栏179

8.2.2 添加原理图符号180

8.2.3 导线绘制与命名182

8.2.4 视图切换185

8.3 波形编辑器187

8.3.1 波形编辑器界面187

8.3.2 波形编辑工具栏189

8.3.3 仿真设置192

8.4 用原理图输入法进行设计194

8.5 资源分配编辑器（Assignments Editor）201

8.5.1 用户界面和主要功能201

8.5.2 引脚规划器203

8.6 工程设置205

思考与练习211

第9章 Quartus Ⅱ综合应用示例212

9.1 LPM定制与应用212

9.2 简易正弦信号发生器设计216

9.2.1 正弦信号发生器的构成217

9.2.2 定制波形信息初始化文件217

9.2.3 定制LPM_ ROM219

9.2.4 原理图方式设计顶层实体224

9.2.5 用例化语句完成顶层实体设计225

9.3 SignalTap Ⅱ嵌入式逻辑分析仪的应用226

9.3.1 SignalTap Ⅱ文件的建立226

9.3.2 逻辑分析仪的使用操作228

思考与练习233

第10章 综合设计项目234

10.1 数字钟设计234

10.1.1 计时模块234

10.1.2 显示控制237

10.2 密码锁设计241

10.3 电子乐曲播放器设计246

10.3.1 音阶分频系数247

10.3.2 音阶频率的产生248

10.3.3 音长与乐谱的确定250

10.3.4 乐谱播放控制253

10.3.5 顶层设计253

10.3.6 实现乐曲演奏的另一种方法255

10.4 简易电子琴设计264

10.5 简易信号发生器267

10.6 投球游戏设计274

10 6.1 游戏设计实现275

10.6.2 自定义程序包275

10.6.3 游戏控制器设计276

10.6.4 游戏顶层设计280

10.7 DS18B20温度采集控制器284

思考与练习294

第11章 EDA/SOC实验系统使用说明295

11.1 教学实验系统原理与使用介绍295

11.1.1 B类插座实验模块可接插的10针双插座296

11.1.2 主系统其他接口说明297

11.2 主控板模块介绍297

11.3 实验系统各模块简介299

11.3.1 4x416键键盘299

11.3.2 4x4＋8个单脉冲综合键盘模块300

11.3.3 1个7段数码显示模块和4个动态扫描显示模块300

11.3.4 7位数码管串行静态显示模块301

11.3.5 32位输出显示 HEX模块302

11.3.6 32位输入显示HEX模块303

11.3.7 24位综合键盘模块303

11.3.8 交通灯显示模块303

11.3.9 动态扫描数码显示模块303

11.3.10 点阵式128 × 64液晶显示模块304

11.3.11 字符式20 × 4液晶显示模块304

11.3.12 800 × 480数字TFT彩屏液晶显示模块304

11.3.13 双通道DAC和ADC标准模块305

11.3.14 高速A/ D和双通道D/ A模块306

11.3.15 高速12位SPI串行双ADC模块307

11.3.16 8位＋16位高分辨率ADC模块308

11.3.17 SPI串行接口高速ADC ＋ DAC模块308

11.3.18 SD＋PS2＋RS232＋VGA显示接口模块308

11.3.19 电动机接口模块309

11.3.20 语音＋数码动态扫描模块309

附录310

附录A VHDL语句格式速查310

附录B Verilog HDL语句格式速查322

参考文献329