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目录1

第1章　数字系统设计方法1

1.1　绪言1

1.1.1　数字系统的基本概念1

1.1.2　数字系统的基本模型3

1.1.3　数字系统的基本结构7

1.2　数字系统设计的一般步骤8

1.2.1　引例8

1.2.2　数字系统设计的基本步骤10

1.2.3　多级系统及其结构13

1.3.1　自上而下的设计方法15

1.3　数字系统设计方法15

1.3.2　自下而上的设计方法16

1.3.3　自关键部件开始设计17

1.3.4　系统信息流驱动设计18

1.4　数字系统的描述方法之一——算法流程图19

1.4.1　算法流程图的符号与规则20

1.4.2　设计举例22

习题125

第2章　数字系统的算法设计和硬件实现30

2.1　算法设计30

2.1.1　算法设计综述30

2.1.2　跟踪法31

2.1.3　归纳法33

2.1.4　划分法36

2.1.5　解析法38

2.1.6　综合法39

2.2　算法结构42

2.2.1　顺序算法结构42

2.2.2　并行算法结构44

2.2.3　流水线操作算法结构47

2.3　系统硬件实现概述48

2.4　数据处理单元的设计49

2.4.1　器件选择49

2.4.2　数据处理单元设计的基本步骤50

2.4.3　数据处理单元设计实例50

2.5.1　系统控制方式55

2.5　控制单元的设计55

2.5.2　控制器的基本结构和系统同步56

2.5.3　算法状态机图（ASM图）59

2.5.4　控制器的硬件逻辑设计方法62

习题282

第3章　硬件描述语言VHDL88

3.1　概述88

3.2　VHDL基本结构90

3.2.1　实体说明90

3.2.2　结构体91

3.3　数据对象、类型及运算符94

3.3.1　对象类别与定义94

3.3.2　数据类型94

3.3.3　常数的表示96

3.3.4　运算符97

3.4　顺序语句97

3.4.1　变量与信号赋值语句98

3.4.2　IF语句98

3.4.3　CASE语句98

3.4.4　LOOP语句99

3.5　并行语句100

3.5.1　并行信号赋值语句100

3.5.2　进程语句102

3.5.3　断言语句103

3.5.5　生成语句105

3.5.4　元件例化语句105

3.5.6　块语句106

3.6　子程序107

3.6.1　函数定义与引用107

3.6.2　过程定义与引用108

3.6.3　子程序重载110

3.7　程序包与设计库111

3.7.1　程序包111

3.7.2　设计库112

3.8　元件配置112

3.8.1　体内配置指定113

3.8.2　体外配置说明114

3.9.1　组合逻辑电路描述115

3.9 VHDL描述实例115

3.8.3　直接例化115

3.8.4　顶层元件配置115

3.9.2　时序逻辑电路描述117

3.9.3　状态机的描述121

习题3123

第4章　可编程逻辑器件PLD原理和应用124

4.1　PLD概述124

4.2　简单PLD原理126

4.2.1　PLD的基本组成126

4.2.2　PLD的编程126

4.2.3　阵列结构127

4.2.4　PLD中阵列的表示方法128

4.3.1　只读存储器ROM130

4.3　SPLD组成和应用130

4.3.2　可编程逻辑阵列PLA134

4.3.3　可编程阵列逻辑PAL136

4.3.4　通用阵列逻辑GAL140

4.3.5　输出逻辑宏单元OLMC141

4.3.6　OLMC的输出结构143

4.3.7　GAL应用举例145

4.4　采用SPLD设计数字系统151

4.4.1　采用SPLD实现系统的步骤151

4.4.2　设计举例151

4.4.3　采用SPLD设计系统的讨论154

习题4155

5.1　HDPLD概述162

5.1.1　HDPLD的分类162

第5章　高密度PLD及其应用162

5.1.2　典型HDPLD器件系列163

5.2　HDPLD组成163

5.2.1　阵列扩展型HDPLD163

5.2.2　单元型CPLD174

5.2.3　现场可编程门阵列FPGA181

5.2.4　多路开关型FPGA186

5.3　HDPLD编程技术190

5.3.1　在系统可编程技术190

5.3.2　在电路配置（重构）编程技术190

5.3.3　反熔丝（Antifuse）编程技术194

5.4　HDPLD软件开发系统综述194

5.4.1　软件开发系统的基本工作流程195

5.4.2　软件开发系统的库函数197

5.5　当前常用可编程逻辑器件及其开发工具198

5.5.1　Lattice公司的CPLD/FPGA与开发软件198

5.5.2　ALTERA公司的CPLD/FPGA及开发工具199

5.5.3　Xilinx公司的CPLD/FPGA和开发平台201

5.5.4　用于CPLD/FPGA的IP核202

习题5202

第6章　采用HDPLD设计数字系统实例206

6.1　高速并行乘法器的设计206

6.1.1　算法设计和结构选择206

6.1.2　器件选择206

6.1.3　设计输入206

6.1.4　芯片引脚定义207

6.1.5　逻辑仿真208

6.1.6　目标文件产生和器件下载209

6.2　十字路口交通管理器的设计209

6.2.1　交通管理器的功能209

6.2.2　系统算法设计210

6.2.3　设计输入211

6.3　FIFO（先进先出堆栈）的设计214

6.3.1　FIFO的功能214

6.3.2　算法设计和逻辑框图215

6.3.3　数据处理单元和控制器的设计217

6.3.4　设计输入219

6.4.1　系统功能和技术指标220

6.4　九九乘法表系统的设计220

6.4.2　算法设计221

6.4.3　数据处理单元的实现221

6.4.4　设计输入222

6.4.5　系统的功能仿真227

6.5　数据采集和反馈控制系统的设计229

6.5.1　系统设计要求229

6.5.2　设计输入231

6.6　FIR有限冲激响应滤波器的设计235

6.6.1　FIR结构简介236

6.6.2　设计方案和算法结构237

6.6.3　模块组成238

6.6.4　FIR滤波器的扩展应用240

6.6.5　设计输入242

6.6.6　设计验证245

6.7　可编程脉冲延时系统的设计247

6.7.1　系统功能和技术指标248

6.7.2　系统设计计算250

6.7.3　设计输入和实现251

6.8　简单处理器的设计259

6.8.1　系统功能介绍259

6.8.2　处理器硬件系统260

6.8.3　处理器指令系统261

6.8.4　处理器硬件系统的设计和实施264

6.8.5　设计输入271

6.8.6　系统功能仿真276

习题6278

第7章　全定制集成电路设计技术简介280

7.1　集成电路制造工艺与全定制电路设计280

7.1.1　集成电路制造工艺简介280

7.1.2　全定制电路设计过程286

7.1.3　深亚微米电路设计286

7.2　全定制集成电路设计的EDA技术287

7.2.1　设计输入288

7.2.2　设计综合288

7.2.3　设计验证290

7.2.4　版图编辑292

7.2.5　版图验证292

实验1　逻辑门实现组合电路294

第8章　上机实验题294

实验2　数据选择器或译码器实现组合电路295

实验3　码制变换器297

实验4　异步计数器和同步计数器299

实验5　采用D-FF和MUX实现74LS194功能电路301

实验6　序列发生器302

实验7　序列检测器304

实验8　触发器的级联305

实验9　控制器的设计307

实验10　脉冲分配器308

实验11　十字路口交通管理器310

实验12　简单处理器VHDL设计的完成315

A.1　器件封装型式说明331

附录A　HDPLD典型器件介绍331

A.2　LATTICE公司典型器件（阵列扩展型CPLD,isp编程技术）332

A.3　ALTERA公司典型器件（单元型CPLD、FPGA,icr编程技术）335

A.4 XILINX公司典型产品（单元型FPGA、CPLD,icr编程技术或isp编程技术）340

A.5 Actel公司典型器件（多路开关型FPGA、反熔丝编程技术）344

附录B　典型软件开发系统MAX＋PLUSⅡ简介347

B.1　概述347

B.2　MAX＋PLUSⅡ的设计过程348

B.3　逻辑设计的输入方式353

B.4　设计项目的编译362

B.5　设计项目的模拟仿真369

B.6　定时分析372

B.7　器件编程374

参考文献377