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上篇 基础知识3

第1章 EDA技术概述3

1.1 EDA技术及发展3

1.1.1 何谓EDA技术3

1.1.2 基于大规模可编程逻辑器件的数字系统设计4

1.2 可编程逻辑器件的发展简介4

1.2.1 逻辑设计基本流程5

1.2.2 可编程逻辑器件PAL6

1.2.3 从PAL到PLD再到复杂可编程逻辑器件CPLD7

1.2.4 从CPLD到FPGA的产生9

1.2.5 在系统编程问题的解决9

1.3 FPGA系统结构和资源10

1.3.1 可编程逻辑单元（LE）10

1.3.2 可编程布线12

1.3.3 可编程I/O12

1.3.4 嵌入式存储器RAM13

1.3.5 嵌入式乘法器13

1.3.6 时钟13

1.3.7 锁相环13

1.3.8 FPGA与CPLD的对比14

1.4 FPGA的设计流程15

1.5 Altera公司FPGA低成本器件——CycloneⅡ15

1.5.1 主要特性16

1.5.2 基于数字信号处理（DSP）应用17

1.5.3 专用外部存储器接口17

1.5.4 嵌入式锁相环18

1.5.5 单端I/O特性19

1.5.6 差分I/O特性19

1.5.7 自动CRC校验20

1.5.8 支持NiosⅡ嵌入式处理器20

1.6 Altera公司FPGA高成本器件——StratixⅢ器件21

1.6.1 主要特性21

1.6.2 体系架构22

1.6.3 TriMatrix嵌入式存储器23

1.6.4 DSP模块24

1.6.5 时钟网络和锁相环25

1.6.6 高速I/O信号和接口25

1.6.7 设计安全性26

第2章 VHDL语言基础28

2.1 VHDL语言基本结构28

2.1.1 实体30

2.1.2 结构体32

2.1.3 配置32

2.1.4 库34

2.2 VHDL语言要素36

2.2.1 VHDL文法规则36

2.2.2 VHDL数据对象38

2.2.3 数据类型40

2.2.4 操作符42

2.3 顺序语句45

2.3.1 赋值语句45

2.3.2 IF语句46

2.3.3 CASE语句48

2.3.4 LOOP语句49

2.3.5 跳出循环的语句51

2.3.6 RETURN语句52

2.3.7 NULL语句53

2.4 并行语句53

2.4.1 并行信号赋值语句53

2.4.2 进程（PROCESS）语句55

2.5 子程序59

2.5.1 过程59

2.5.2 函数62

2.6 VHDL语言描述风格66

2.6.1 行为描述66

2.6.2 数据流描述67

2.6.3 结构化描述68

第3章 Verilog HDL语言基础72

3.1 Verilog HDL语言基本结构72

3.2 功能的定义74

3.2.1 用“assign”语句定义功能74

3.2.2 用“always”块语句定义功能75

3.2.3 用例化语句调用其他模块来定义逻辑功能75

3.3 Verilog HDL基本语法76

3.3.1 标识符76

3.3.2 常量77

3.3.3 变量数据类型80

3.3.4 运算符及表达式81

3.4 Verilog HDL基本语句84

3.4.1 赋值语句84

3.4.2 块语句86

3.4.3 条件语句88

3.4.4 case语句89

3.5 任务和函数90

3.5.1 任务和函数的不同90

3.5.2 task语句91

3.5.3 function语句93

3.6 Testbench程序设计94

3.6.1 基本的testbench结构95

3.6.2 生成激励的常见描写方式98

第4章 Altera QuartusⅡ软件开发向导100

4.1 模块编辑及设计流程100

4.1.1 原理图输入文件的建立100

4.1.2 图表模块输入105

4.1.3 原理图设计流程110

4.1.4 波形仿真118

4.1.5 引脚分配119

4.1.6 下载验证120

4.1.7 QuartusⅡ的几个常用功能123

4.2 文本编辑及设计流程124

4.2.1 建立文本文件124

4.2.2 文本设计流程——建立新工程128

4.2.3 文本设计流程——编译工程129

4.2.4 文本设计流程——建立矢量波形文件129

4.2.5 文本设计流程——仿真波形132

4.2.6 文本设计流程——引脚分配及下载验证134

4.3 混合设计135

4.3.1 建立计数器文件135

4.3.2 建立七段译码显示电路文件136

4.3.3 设计流程137

4.4 使用Signal TapⅡ的实时测试141

4.4.1 打开Signal TapⅡ的编辑窗口142

4.4.2 调入待测信号144

4.4.3 文件存盘147

4.4.4 编译147

4.4.5 启动Signal TapⅡ进行采样分析149

4.4.6 Signal TapⅡ的其他设置和控制方法149

第5章 基本逻辑电路设计150

5.1 组合逻辑电路设计150

5.1.1 门电路设计150

5.1.2 三态门及总线缓冲器设计153

5.1.3 编码器、译码器设计156

5.1.4 多路数据选择器和多路数据分配器设计159

5.2 时序逻辑电路设计162

5.2.1 触发器设计162

5.2.2 寄存器设计163

5.2.3 计数器设计166

5.3 有限状态机电路设计172

5.3.1 有限状态机概述172

5.3.2 有限状态机的算法描述173

5.3.3 有限状态机的VHDL描述模式174

5.3.4 有限状态机的Verilog HDL描述模式178

第6章 宏模块和LPM函数的应用184

6.1 存储器模块的用法184

6.1.1 ROM的使用184

6.1.2 FIFO的建立使用190

6.2 乘法器和锁相环的使用193

6.2.1 乘法器的使用193

6.2.2 锁相环的使用195

6.3 基于宏模块的设计实例198

6.3.1 正弦波信号发生器的设计198

6.3.2 乘累加器的设计200

下篇 基于FPGA的项目训练207

第7章 常用模块电路设计207

7.1 分频电路设计207

7.1.1 偶数分频电路207

7.1.2 奇数分频电路208

7.2 同步整形电路210

7.3 按键电路设计211

7.3.1 按键的连接方式212

7.3.2 矩阵键盘工作原理212

7.3.3 按键防抖电路的设计215

7.4 数码管显示电路设计217

7.4.1 数码管的工作原理217

7.4.2 静态显示原理和FPGA驱动设计218

7.4.3 动态显示原理和FPGA驱动设计219

7.4.4 采用数码管显示的数字时钟的设计221

第8章 控制类电路设计222

8.1 交通信号灯控制器设计222

8.1.1 设计要求222

8.1.2 设计方案222

8.1.3 程序设计223

8.1.4 程序编译并测试224

8.2 用FPGA控制步进电动机224

8.2.1 设计要求224

8.2.2 必备知识224

8.2.3 设计方案225

8.2.4 程序设计225

8.2.5 程序编译并测试226

8.3 电子琴设计226

8.3.1 设计要求226

8.3.2 必备知识226

8.3.3 设计方案227

8.3.4 程序设计228

8.3.5 程序编译并测试231

8.4 红外解码电路设计231

8.4.1 设计要求231

8.4.2 必备知识231

8.4.3 设计方案232

8.4.4 程序设计233

8.4.5 程序编译并测试233

第9章 接口电路设计234

9.1 基于TLC549的数据采集电路设计234

9.1.1 设计要求234

9.1.2 必备知识234

9.1.3 设计方案236

9.1.4 程序设计237

9.1.5 程序编译并测试237

9.2 IIC总线接口电路设计237

9.2.1 设计要求237

9.2.2 必备知识237

9.2.3 设计方案240

9.2.4 程序设计241

9.2.5 程序编译并测试242

附录243

参考文献303