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目录1

第1章 数字系统设计的基本准则1

1.1 数字电路与模拟电路1

1.2 数值的表达2

1.2.1 二进制基础2

1.2.2 十六进制基础3

1.2.3 二进制和十六进制编码3

1.2.4 进制间的数值转换6

1.3 电路设计方法7

1.3.1 自顶向下的设计方法7

1.32 总体结构与模块划分9

13.3 全局逻辑的设计11

1.3.4 设计编译与调试11

1.3.5 设计实体文件12

1.3.6 器件的选择13

1.4 硬件描述语言（HDL）13

1.4.1 HDL的特点13

1.4.2 常用HDL简介13

第2章 VHDL基础知识15

2.1 什么是VHDL15

2.2 VHDL中的常用术语16

2.2.1 行为建模16

2.2.2 结构建模18

2.2.3 寄存器传输级RTL21

2.2.4 逻辑综合23

2.3 VHDL逻辑综合27

2.3.1 与Verilog HDL的比较27

2.3.2 VHDL典型逻辑综合设计流程27

2.3.3 VHDL逻辑仿真设计流程29

2.4 VHDL的设计单元30

2.4.1 实体31

2.4.2 电路的结构体（Architecture）33

2.4.3 基本建模结构35

2.4.4 库、包集合及配置39

第3章 VHDL的数据类型与运算操作符42

3.1 VHDL描述的客体42

3.1.1 信号42

3.1.2 常量43

3.1.3 变量43

3.1.4 信号与变量的使用比较44

3.2 VHDL的数据类型45

3.2.1 标准数据类型45

3.2.2 自定义数据类型48

3.2.3 数据类型的转换方法53

3.3 VHDL运算操作符54

3.3.1 逻辑运算符55

3.3.2 算术运算符56

3.3.3 关系运算符58

3.3.4 并置运算符58

3.3.5 运算符的重载（Overloading）59

第4章 VHDL电路描述60

4.1 信号的使用60

4.1.1 信号代入60

4.1.2 并发信号代入60

4.1.3 信号延迟61

4.2 进程（PROCESS）结构描述62

4.2.1 显式进程描述63

4.2.2 隐式进程描述65

4.2.3 进程描述的执行65

4.2.4 多进程描述65

4.2.5 多进程描述实例65

4.2.6 等同功能描述67

4.3 变量的使用68

4.3.1 变量声明与赋值68

4.3.2 变量的使用68

4.3.3 复习68

4.4 顺序描述语句70

4.4.1 WAIT语句70

44.2 IF-THEN语句73

4.4.3 CASE语句78

4.4.4 LOOP语句79

4.4.5 NEXT语句82

4.4.6 EXIT语句83

4.4.7 ASSERT语句84

4.5 VHDL风格规范86

4.5.1 命名86

4.5.2 注释88

4.5.3 设计风格规范90

4.6 VHDL使用经验90

5.1 MAX＋plus Ⅱ简介96

第5章 VHDL的编译与仿真96

5.2 利用MAX＋plus Ⅱ编译VHDL电路97

5.2.1 MAX＋plus Ⅱ对VHDL的支持97

5.2.2 新建一个VHDL工程电路文件97

5.2.3 VHDL工程的编译99

5.2.4 VHDL程序的仿真103

5.2.5 新建VHDL输出文件107

5.3 MAX＋plus Ⅱ使用经验107

5.4 其他编译、仿真工具介绍108

5.4.1 Synopsys简介108

5.4.2 Altera Quartus Ⅱ介绍110

5.4.3 Xilinx工具110

6.1 芯片的编程113

第6章 芯片的选择113

6.2 CPLD 芯片114

6.3 FPGA芯片116

6.4 FPGA与CPLD的比较118

第7章 基本逻辑电路设计120

7.1 组合逻辑设计120

7.1.1 组合逻辑设计基础120

7.1.2 编码、译码器125

7.1.3 多路选择器129

7.1.4 比较器130

7.2.1 时序逻辑设计基础132

7.2 时序逻辑设计132

7.2.2 边缘触发器133

7.2.3 简单计数器135

7.2.4 寄存器137

7.3 组合逻辑与时序逻辑的综合142

第8章 数据控制器设计145

8.1 总线控制器的设计145

8.1.1 总线控制器的功能145

8.1.2 总体框架与全局逻辑控制设计146

8.1.3 VHDL实现146

8.1.4 编译、仿真150

8.2 USB 2.0接口控制器设计151

8.1.5 案例的扩展151

8.2.2 逻辑分析与电路框架152

8.2.1 USB接口控制器功能设计152

8.2.3 VHDL实现153

8.2.4 编译、仿真178

8.3 8 位存储器控制器设计180

8.3.1 存储控制器的功能180

8.3.2 总体框架分析181

8.3.3 全局逻辑控制设计181

8.3.4 存储控制器的VHDL实现182

8.3.5 8位存储控制器设计模拟验证186

9.1.1 傅立叶变换算法190

第9章 图像快速傅立叶变换的VHDL实现190

9.1 快速傅立叶变换算法190

9.1.2 Cooley-Tukey快速傅立叶变换（FFT）算法191

9.1.3 基2快速傅立叶变换算法192

9.1.4 二维FFT算法193

9.2 电路框架分析与设计194

9.3 快速傅立叶变换的VHDL实现194

9.3.1 复数乘法运算器195

9.3.2 蝶形处理器设计199

9.4 FFT设计的编译和仿真202

9.6 电路调试与设计心得203

9.5 电路资源分析203

9.7 本章总结204

第10章 数值控制振荡器（NCO）芯片设计205

10.1 什么是数傅控制振荡器205

10.1.1 计数器的使用205

10.1.2 数值控制振荡器的使用205

10.2 电路结构设计206

10.2.1 全局逻辑设计206

10.2.2 电路结构分析206

10.3 VHDL实现207

10.3.1 16位精度锯齿波VHDL实现207

10.3.2 8位精度正弦／余弦波VHDL实现210

10.4 系统编译、仿真217

10.4.1 Max＋plus Ⅱ编译217

10.4.2 16位精度锯齿波数值控制振荡器波形仿真218

10.4.3 8位精度正弦／余弦波数值控制振荡器波形仿真218

第11章 基于6502框架的8位微处理器芯片设计220

11.1 微处理器功能设计220

11.2 芯片I/O信号设定222

11.3 实体功能设定223

11.3.1 8位总线控制器223

11.3.2 同步时序224

11.3.3 算术运算单元225

11.3.4 处理器操作码设定226

11.3.5 其他功能模块231

11.4 VHDL部分实现231

11.5 已有功能编译、仿真260

11.6 本章总结261

第12章 高精度数字／模拟转换器、PWM电路设计及扩展应用262

12.1 DAC与PWM简介262

12.1.1 DAC简介262

12.1.2 PWM简介263

12.2 电路结构设计263

12.2.1 总体逻辑分析263

12.2.3 电路结构框图264

12.2.2 电路结构设计分析264

12.3 电路设计的VHDL描述266

12.3.1 包集合说明266

12.3.2 一阶Delta-Sigma转换器的电路描述267

12.3.3 PWM的电路描述269

12.4 系统编译、仿真与调试271

12.4.1 MAX＋plus Ⅱ编译与仿真272

12.4.2 波形含义与分析274

12.4.3 电路资源分析275

12.5　一阶Delta-Sigma转换器与PWM的扩展应用276

12.5.1 电路结构框图276

12.5.2 电路设计的VHDL描述277

12.5.3 仿真波形与电路资源分析280