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第1章 概述1

教学目标1

1.1 EDA技术1

1.2 EDA技术应用对象2

1.3 硬件描述语言Verilog HDL3

1.4 EDA技术的优势4

1.5 面向FPGA的EDA开发流程5

1.5.1 设计输入5

1.5.2 综合6

1.5.3 适配（布线布局）7

1.5.4 仿真7

1.6 可编程逻辑器件8

1.6.1 PLD的分类8

1.6.2 PROM可编程原理9

1.6.3 GAL11

1.7 CPLD的结构与可编程原理12

1.8 FPGA的结构与工作原理15

1.8.1 查找表逻辑结构15

1.8.2 Cyclone Ⅲ系列器件的结构与原理16

1.9 硬件测试技术18

1.9.1 内部逻辑测试18

1.9.2 JTAG边界扫描测试19

1.10 FPGA/CPLD产品概述19

1.10.1 Lattice公司的PLD器件19

1.10.2 Xilinx公司的PLD器件20

1.10.3 Altera公司的PLD器件21

1.11 编程与配置23

1.12 Quartus Ⅱ24

1.13 IP核26

1.14 EDA的发展趋势26

习题28

第2章 原理图输入法逻辑电路设计技术29

教学目标29

2.1 原理图输入设计方法的特点29

2.2 数字频率计设计任务导入30

2.3 原理图输入方式基本设计流程31

2.3.1 建立工作库文件夹和存盘原理图空文件32

2.3.2 创建工程32

2.3.3 功能简要分析35

2.3.4 编译前设置36

2.3.5 全程编译38

2.3.6 时序仿真测试电路功能39

2.4 引脚设置和编程下载43

2.4.1 引脚锁定43

2.4.2 配置文件下载44

2.4.3 AS模式直接编程配置器件45

2.4.4 JTAG间接模式编程配置器件46

2.4.5 USB-Blaster编程配置器安装方法47

2.5 层次化设计47

2.6 6位十进制频率计设计51

2.6.1 时序控制器设计51

2.6.2 顶层电路设计与测试52

习题52

实训项目53

2-1 用原理图输入法设计8位全加器53

2-2 用原理图输入法设计频率计54

2-3 计时系统设计55

第3章 应用Verilog HDL设计数字系统56

教学目标56

3.1 组合电路的Verilog描述和设计57

3.1.1 2选1多路选择器设计任务导入57

3.1.2 2选1多路选择器的Verilog描述和设计58

3.1.3 4选1多路选择器设计任务导入61

3.1.4 4选1多路选择器的Verilog描述和设计62

3.1.5 4选1多路选择器的数据流描述方式67

3.1.6 4选1多路选择器的if语句描述方式70

3.1.7 全加器设计任务导入73

3.1.8 加法器的Verilog描述和设计73

3.2 时序电路的Verilog描述和设计78

3.2.1 边沿触发型触发器设计任务导入78

3.2.2 边沿触发型触发器的Verilog描述和设计79

3.2.3 电平触发型锁存器设计任务导入79

3.2.4 电平触发型锁存器的Verilog描述80

3.2.5 含异步复位／时钟使能型触发器设计任务导入81

3.2.6 含异步复位／时钟使能型触发器的Verilog描述81

3.2.7 同步复位型触发器设计任务导入82

3.2.8 同步复位型触发器的Verilog描述和设计83

3.2.9 异步复位型锁存器设计任务导入83

3.2.10 异步复位型锁存器的Verilog描述和设计83

3.2.11 Verilog的时钟过程表述的特点和规律84

3.2.12 异步时序模块的Verilog描述86

3.3 计数器的Verilog描述和设计86

3.3.1 4位二进制计数器设计任务导入87

3.3.2 4位二进制计数器的Verilog表述和设计87

3.3.3 功能更全面的计数器设计88

3.4 Verilog的描述风格90

3.4.1 RTL描述90

3.4.2 行为描述91

3.4.3 数据流描述91

3.4.4 结构描述92

3.5 基于HDL文本输入的硬件设计技术92

3.5.1 编辑和输入设计文件92

3.5.2 创建工程和全程编译前约束项目设置93

3.5.3 全程综合与编译93

3.5.4 仿真测试94

3.5.5 RTL图观察器应用94

3.5.6 引脚锁定94

3.5.7 利用引脚属性定义方式锁定引脚95

3.6 嵌入式逻辑分析仪使用方法96

习题100

实训项目102

3-1 计数器设计102

3-2 多路选择器设计103

3-3 十六进制7段数码显示译码器设计103

3-4 移位相加型8位硬件乘法器设计105

第4章 Verilog HDL设计技术深入107

教学目标107

4.1 过程中的两类赋值语句107

4.1.1 阻塞式赋值语句108

4.1.2 非阻塞式赋值语句108

4.1.3 深入认识阻塞式赋值和非阻塞式赋值的特点110

4.2 过程语句结构总结114

4.3 移位寄存器设计118

4.3.1 含同步预置功能的移位寄存器设计118

4.3.2 模式可控的移位寄存器设计119

4.3.3 使用移位操作符设计移位寄存器120

4.4 乘法器设计任务及相关语句应用122

4.4.1 参数定义关键词parameter122

4.4.2 整数型寄存器类型定义122

4.4.3 for语句用法123

4.4.4 repeat语句用法124

4.4.5 while语句用法124

4.5 if语句一般用法126

4.6 三态与双向端口设计129

4.6.1 三态控制电路设计129

4.6.2 双向端口设计130

4.6.3 三态总线控制电路设计132

4.7 半整数与奇数分频电路设计135

4.8 文字规则136

4.9 操作符139

习题139

实训项目140

4-1 半整数与奇数分频器设计140

4-2 VGA彩条信号显示控制电路设计141

4-3 4×4阵列键盘键信号检测电路设计144

4-4 串行静态显示控制电路设计146

第5章 宏功能模块使用方法147

教学目标147

5.1 基于LPM模块的计数器设计148

5.1.1 计数器LPM模块文本文件的调用148

5.1.2 LPM计数器程序与参数传递语句149

5.1.3 创建工程与仿真测试151

5.2 流水线乘法累加器设计151

5.2.1 LPM加法器模块设置152

5.2.2 LPM乘法器模块设置153

5.2.3 仿真乘法累加器154

5.2.4 乘法器的Verilog文本表述和相关属性设置155

5.3 LPM_RAM模块的设置156

5.3.1 初始化文件生成156

5.3.2 LPM_RAM设置和调用158

5.3.3 测试LPM_RAM160

5.3.4 存储器的Verilog文本描述及相关属性应用160

5.4 LPM_ROM的定制和使用164

5.4.1 LPM_ROM定制和测试164

5.4.2 LPM存储器模块替代设置165

5.4.3 正弦信号发生器设计166

5.4.4 硬件实现和测试167

5.5 在系统存储器数据读写编辑器应用168

5.6 嵌入式锁相环ALTPLL调用170

5.6.1 嵌入式锁相环参数设置170

5.6.2 锁相环调用注意事项172

5.7 DDS实现原理与应用173

5.7.1 DDS原理173

5.7.2 DDS信号发生器设计175

习题176

实训项目176

5-1 查表式硬件运算器设计176

5-2 正弦信号发生器设计177

5-3 基于Verilog表述的频率计设计178

5-4 DDS正弦信号发生器设计179

5-5 移相信号发生器设计180

5-6 VGA简单图像显示控制模块设计181

5-7 乐曲硬件演奏电路设计182

5-8 数码扫描显示电路设计187

第6章 实用状态机设计技术188

教学目标188

6.1 Verilog状态机的一般形式189

6.1.1 状态机的特点与优势189

6.1.2 Verilog状态机的一般结构191

6.1.3 初始控制与表述194

6.2 Moore型状态机设计195

6.2.1 多过程结构型状态机195

6.2.2 序列检测器及其状态机设计199

6.3 Mealy型状态机设计200

6.4 不同编码类型的状态机204

6.4.1 直接输出型编码204

6.4.2 用宏定义语句定义状态编码206

6.4.3 宏定义命令语句207

6.4.4 顺序编码208

6.4.5 一位热码编码209

6.4.6 状态编码设置209

6.5 状态机容错技术211

6.5.1 状态导引法212

6.5.2 状态编码监测法212

6.5.3 借助EDA工具自动生成安全状态机213

6.6 硬件数字技术排除毛刺213

6.6.1 延时方式去毛刺213

6.6.2 逻辑方式去毛刺215

6.6.3 定时方式去毛刺216

习题217

实训项目218

6-1 序列检测器设计218

6-2 ADC采样控制电路设计218

6-3 五功能智能逻辑笔设计220

6-4 点阵型与字符型液晶显示器驱动控制电路设计221

6-5 硬件消抖动电路设计221

6-6 数字彩色液晶显示控制电路设计221

6-7 PS2键盘控制模型电子琴电路设计222

6-8 状态机控制串／并转换8数码静态显示224

附录 EDA开发系统使用简介225

主要参考文献234