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知识模块一 EDA设计入门1

1.1 FPGA最小系统1

1.2 FPGA最小系统电路设计2

1.2.1 FPGA管脚设计2

1.2.2 下载配置与调试接口电路设计5

1.2.3 电源电路5

1.2.4 时钟电路设计7

1.2.5 复位电路设计7

1.2.6 接口扩展7

1.3 FPGA硬件系统设计技巧及调试方法8

1.3.1 FPGA硬件系统设计技巧8

1.3.2 FPGA硬件系统的调试方法8

1.4 FPGA概述9

1.4.1 FPGA芯片的基本工作原理9

1.4.2 FPGA的工艺结构11

1.4.3 FPGA常用标志含义11

1.4.4 FPGA芯片选择策略和原则13

1.5 面向FPGA的EDA设计流程14

1.6 EDA技术的发展趋势16

本章小结18

本章习题18

知识模块二 基于QuartusⅡ的原理图设计19

2.1 QuartusⅡ软件简介19

2.2 两位十进制计数器设计——学习QuartusⅡ原理图输入方式20

2.2.1 两位十进制计数器工程项目建立21

2.2.2 基于Quartus Ⅱ的两位十进制计数器原理图设计25

2.2.3 基于Quartus Ⅱ的两位十进制计数器的编译30

2.2.4 基于Quartus Ⅱ的两位十进制计数器的功能测试32

2.2.5 Quartus Ⅱ的Viewer工具37

2.2.6 两位十进制计数器的FPGA器件设置和引脚锁定38

2.2.7 两位十进制计数器的FPGA系统测试42

2.3 两位二进制触发器设计——学习QuartusⅡ原理图的层次化设计46

2.3.1 两位二进制数乘法器原理46

2.3.2 底层半加器设计47

2.3.3 两位二进制数乘法器顶层电路设计48

2.4 32位加法器设计——学习Quartus Ⅱ的LPM函数使用51

2.4.1 LPM_ADD_SUB功能介绍51

2.4.2 32位加法器设计54

本章小结58

本章习题58

本章项目实训——基于Quartus Ⅱ的三人表决电路的原理图设计59

知识模块三 基于Quartus Ⅱ的VHDL设计入门61

3.1 钟控D触发器描述62

3.2 在Quartus Ⅱ中用VHDL语言设计D触发器63

3.2.1 钟控D触发器工程项目的建立63

3.2.2 钟控D触发器的功能测试68

3.2.3 钟控D触发器的FPGA器件引脚锁定及程序下载72

3.3 VHDL程序的基本结构75

3.3.1 VHDL库76

3.3.2 VHDL程序包80

3.3.3 VHDL实体81

3.3.4 VHDL结构体82

3.3.5 VHDL配置83

3.4 VHDL语言要素84

3.4.1 VHDL文字规则84

3.4.2 VHDL数据对象86

3.4.3 VHDL数据类型89

3.4.4 VHDL运算操作符94

本章小结97

本章习题98

本章项目实训——四选一多路选择器的VHDL设计99

知识模块四 深入学习VHDL程序设计101

4.1 顺序和并行的数据处理101

4.2 VHDL顺序语句102

4.2.1 信号与变量的赋值语句102

4.2.2 8线—3线优先编码器的设计——学习IF语句103

4.2.3 四选一数据分配器设计——学习CASE语句106

4.2.4 八位数据中零数据判断的程序设计——学习LOOP语句108

4.2.5 其他顺序语句111

4.2.6 顺序语句综合实例——三线—八线译码器设计113

4.3 VHDL并行描述语句114

4.3.1 进程语句115

4.3.2 七段共阳LED数码管译码电路设计——学习并行信号赋值语句117

4.3.3 异或门层次设计——学习元件例化语句120

4.3.4 串入／并出移位寄存器的设计——学习生成语句123

4.3.5 钟控D触发器设计——学习块语句结构125

4.4 VHDL子程序126

4.4.1 用函数调用法设计三线—八线译码器——学习VHDL函数126

4.4.2 两位全减法器设计——学习VHDL过程调用130

本章小结133

本章习题133

本章项目实训一 八路数据分配器设计的VHDL设计135

本章项目实训二 四位自然二进制码与格雷码转换电路的VHDL设计137

本章项目实训三 74LS373的VHDL设计138

知识模块五 运用VHDL设计基本逻辑电路141

5.1 组合逻辑电路的设计141

5.2 时序逻辑电路的设计143

5.3 存储器的设计144

5.4 交通灯控制器的项目设计——学习有限状态机的VHDL语言描述146

5.4.1 交通灯控制器的设计要求147

5.4.2 交通灯控制器的实现147

5.4.3 状态机的基本概念150

5.5 ADC0809转换器项目设计——学习Moore状态机151

5.6 Mealy型状态机155

5.7 有限状态机的状态编码157

5.7.1 符号化的状态编码157

5.7.2 直接状态编码157

5.7.3 非法状态的处理160

本章小结162

本章习题162

本章项目实训 用状态机实现序列检测器的设计163

知识模块六 基于VHDL的FPGA综合数字系统设计165

6.1 基于VHDL的数字系统的设计方法和设计流程165

6.2 基于VHDL的FPGA数字系统的显示控制电路的设计167

6.2.1 基于FPGA的七段数码管静态及动态译码电路设计167

6.2.2 基于FPGA的字符型液晶显示电路设计171

6.3 基于VHDL的FPGA数字系统的键盘接口电路的设计175

6.4 FPGA与DAC0832接口电路的设计179

6.5 多功能波形发生器181

6.5.1 多功能波形发生器的设计要求及设计思路与原理182

6.5.2 多功能波形发生器的VHDL程序设计与注释183

本章小结192

附录A VHDL关键字193

附录B VHDL的属性描述194

附录C STD_LOGIC_1164程序包198

参考文献227