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第1章 概述1

1.1 EDA技术及其发展1

1.1.1 EDA技术的含义1

1.1.2 EDA技术的优势1

1.1.3 EDA技术的发展历程3

1.2 EDA技术四要素3

1.2.1 软件开发工具3

1.2.2 硬件描述语言5

1.2.3 大规模可编程逻辑器件8

1.2.4 实验开发系统11

1.3 EDA流程及工具11

1.3.1 源程序的编辑和输入12

1.3.2 逻辑综合和优化13

1.3.3 目标器件的布线／适配13

1.3.4 目标器件的编程／下载13

1.3.5 设计过程中的仿真13

1.3.6 硬件仿真／硬件测试14

1.4 IP核14

1.4.1 软核14

1.4.2 硬核14

1.4.3 固核15

1.5 EDA技术应用展望15

1.5.1 EDA技术应用于科研和新产品的开发15

1.5.2 EDA技术应用于专用集成电路的开发16

习题16

第2章 CPLD/FPGA结构与工作原理17

2.1 CPLD17

2.1.1 CPLD的基本结构17

2.1.2 CPLD实现逻辑的基本原理18

2.2 FPGA19

2.2.1 主要内部资源19

2.2.2 FPGA的供电机制21

2.2.3 FPGA的配置22

2.2.4 器件的标识方法说明23

2.3 CPLD和FPGA的比较23

习题24

第3章 VHDL结构与要素25

3.1 VHDL概述25

3.1.1 一个设计实例25

3.1.2 设计实例的说明与分析28

3.2 VHDL结构28

3.2.1 库、程序包和配置28

3.2.2 实体31

3.2.3 结构体32

3.3 端口模式33

3.4 数据类型35

3.4.1 VHDL的预定义数据类型35

3.4.2 IEEE预定义标准逻辑位与标准逻辑矢量37

3.4.3 其他预定义标准数据类型38

3.4.4 自行定义的数据类型38

3.5 数据对象40

3.5.1 常量40

3.5.2 变量40

3.5.3 信号41

3.5.4 常量、变量、信号的比较42

3.5.5 进程中的信号赋值与变量赋值43

3.6 操作符49

3.6.1 并置连接操作符50

3.6.2 逻辑操作符51

3.6.3 关系操作符52

3.6.4 算术操作符53

3.6.5 重载操作符56

3.7 文字规则57

3.7.1 基本规则57

3.7.2 数字型文字57

3.7.3 字符串型文字58

3.7.4 标识符58

3.7.5 下标名及下标段名59

3.7.6 关键词59

习题59

第4章 QuartusⅡ应用指南61

4.1 VHDL文本输入设计流程61

4.1.1 建立工程文件夹和编辑文本61

4.1.2 创建工程62

4.1.3 全程编译64

4.1.4 时序仿真65

4.1.5 应用网表观察器70

4.1.6 引脚锁定71

4.1.7 基于USB Blaster编程下载器的配置文件下载73

4.2 原理图输入设计方法75

4.2.1 输入设计项目和存盘75

4.2.2 将底层设计设置成可调用的元件77

4.2.3 全加器设计——顶层设计78

4.2.4 原理图设计中总线的应用78

习题80

第5章 VHDL基本语句83

5.1 顺序语句83

5.1.1 顺序赋值语句83

5.1.2 IF语句84

5.1.3 CASE语句89

5.1.4 LOOP语句91

5.1.5 NEXT语句93

5.1.6 EXIT语句94

5.1.7 WAIT语句95

5.2 并行语句96

5.2.1 并行信号赋值语句97

5.2.2 进程语句99

5.2.3 元件例化语句103

5.2.4 生成语句105

习题111

第6章 VHDL设计115

6.1 基于CPLD/FPGA的数字电路设计中的几个问题115

6.1.1 建立和保持时间115

6.1.2 竞争和冒险115

6.1.3 复位与置位117

6.1.4 关于延时118

6.1.5 VHDL语言应用技巧119

6.2 VHDL描述风格121

6.2.1 结构描述121

6.2.2 数据流描述122

6.2.3 行为描述123

6.3 组合逻辑电路设计124

6.3.1 门电路125

6.3.2 译码器126

6.3.3 全加器128

6.3.4 数据选择器130

6.3.5 比较器130

6.3.6 总线缓冲器131

6.4 时序逻辑电路设计132

6.4.1 触发器132

6.4.2 数码寄存器和移位寄存器135

6.4.3 计数器136

6.4.4 m序列发生器139

6.5 状态机的VHDL设计141

6.5.1 状态机设计法的优势142

6.5.2 状态机的形式143

6.5.3 状态机的基本结构144

6.5.4 一般状态机的VHDL设计146

6.5.5 一个状态机的设计实例151

6.6 LPM定制152

6.6.1 定制ROM152

6.6.2 定制PLL160

6.6.3 定制RAM162

习题163

第7章 EDA技术应用实例166

7.1 温湿度自动监控系统设计166

7.1.1 系统设计方案166

7.1.2 温湿度数据采集的控制——DHT11的驱动166

7.1.3 BCD十六进制译码器设计172

7.1.4 液晶显示器的驱动174

7.1.5 系统时钟信号与液晶使能信号的产生178

7.1.6 系统顶层设计180

7.2 电机传动控制模拟系统设计181

7.2.1 设计方案一181

7.2.2 设计方案二184

7.3 自动售货机控制系统设计187

7.3.1 系统设计要求187

7.3.2 系统分析188

7.3.3 秒脉冲的产生188

7.3.4 自动售货机主控模块设计188

7.3.5 显示模块设计196

7.3.6 系统顶层设计197

7.4 多功能音乐播放器设计198

7.4.1 系统设计方案198

7.4.2 分频模块199

7.4.3 选曲模块设计200

7.4.4 地址发生器设计202

7.4.5 定制简谱数据的ROM204

7.4.6 简谱转换成分频数205

7.4.7 数控分频和占空比调整设计206

7.4.8 基于点阵显示屏的曲名显示207

7.4.9 系统顶层设计211

第8章 EDA技术设计实验项目214

设计一 8位数码扫描显示电路214

一、设计目的214

二、设计内容及要求214

三、设计原理214

四、思考216

设计二 直流电机的PWM控制216

一、设计目的216

二、设计内容及要求216

三、设计原理217

四、思考218

设计三 基于VHDL状态机的A/D采样控制电路设计219

一、设计目的219

二、设计内容及要求219

三、设计原理219

四、思考220

设计四 硬件乐曲演奏电路及扩展设计——音乐播放器221

一、设计目的221

二、设计内容及要求221

三、设计原理222

四、思考222

设计五 四人抢答电路与八路彩灯控制器223

一、设计目的223

二、设计内容及要求223

三、设计原理223

四、思考224

设计六 交通灯控制系统设计224

一、设计目的224

二、设计内容及要求224

三、设计原理224

四、思考224

参考文献226