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第1章 数字设计概述及FPGA1

1.1 数字设计概述1

1.1.1 数字设计基本概念1

1.1.2 数字设计基本模型1

1.1.3 数字设计基本结构2

1.2 FPGA概述2

1.2.1 FPGA基本概念2

1.2.2 FPGA基本结构3

1.2.3 FPGA主要生产厂商4

1.2.4 开发平台FPGA芯片介绍7

1.3 基于FPGA的数字设计方法9

1.3.1 设计流程9

1.3.2 基本设计方法12

第2章 数字设计硬件开发平台BASYS2与BASYS313

2.1 FPGA设计开发平台简介13

2.1.1 FPGA设计开发平台基本性能与组成结构13

2.1.2 BASYS2与BASYS3基本结构13

2.1.3 BASYS2与BASYS3实物描述14

2.2 BASYS2设计开发平台14

2.2.1 BASYS2开发板性能14

2.2.2 BASYS2基本配置14

2.2.3 BASYS2功能详述16

2.3 BASYS3实验平台简介23

2.3.1 BASYS3开发板性能23

2.3.2 BASYS3基本配置23

2.3.3 BASYS3功能详述24

第3章 数字设计软件开发环境Xilinx ISE30

3.1 Xilinx ISE集成开发环境介绍30

3.2 Xilinx ISE 14.7 软件安装31

3.3 Xilinx ISE设计流程概述43

3.3.1 新建工程43

3.3.2 新建设计源文件45

3.3.3 设计文件综合46

3.3.4 设计文件仿真49

3.3.5 工程实现53

3.4 Vivado集成开发环境介绍55

3.5 Vivado软件安装56

3.6 Vivado设计流程概述58

3.7 利用Vivado进行功能仿真74

第4章 数字设计FPGA开发语言HDL80

4.1 HDL概述80

4.2 VHDL80

4.2.1 基本结构80

4.2.2 语言要素95

4.2.3 基本语句115

4.2.4 基本描述方法138

4.3 Verilog语言141

4.3.1 基本结构142

4.3.2 语言要素143

4.3.3 基本语句154

4.3.4 任务与函数163

4.3.5 编译预处理172

4.4 HDL程序设计实例175

第5章 数字设计组合逻辑FPGA基础实验178

5.1 二选一多路选择器实验178

5.1.1 实验目的178

5.1.2 实验任务178

5.1.3 实验设备178

5.1.4 实验原理178

5.1.5 实验过程178

5.1.6 预习要求180

5.1.7 实验报告要求180

5.2 3-8译码器实验180

5.2.1 实验目的180

5.2.2 实验任务180

5.2.3 实验原理180

5.2.4 实验过程181

5.2.5 预习要求183

5.2.6 实验报告要求183

5.3 8-3优先编码器实验184

5.3.1 实验目的184

5.3.2 实验任务184

5.3.3 实验原理184

5.3.4 实验过程185

5.3.5 预习要求188

5.3.6 实验报告要求189

5.4 七段显示译码器实验189

5.4.1 实验目的189

5.4.2 实验任务189

5.4.3 实验原理189

5.4.4 实验过程190

5.4.5 预习要求193

5.4.6 实验报告要求193

5.5 两位二进制比较器实验193

5.5.1 实验目的193

5.5.2 实验任务193

5.5.3 实验原理194

5.5.4 实验过程194

5.5.5 预习要求196

5.5.6 实验报告要求197

5.6 八位二进制加法器实验197

5.6.1 实验目的197

5.6.2 实验任务197

5.6.3 实验原理197

5.6.4 实验过程198

5.6.5 预习要求204

5.6.6 实验报告要求204

5.7 简单算术逻辑单元实验205

5.7.1 实验目的205

5.7.2 实验任务205

5.7.3 实验原理205

5.7.4 实验过程205

5.7.5 预习要求210

5.7.6 实验报告要求210

第6章 数字设计时序逻辑FPGA基础实验211

6.1 带预置的D触发器实验211

6.1.1 实验目的211

6.1.2 实验任务211

6.1.3 实验原理211

6.1.4 实验过程211

6.1.5 预习要求213

6.1.6 实验报告要求214

6.2 计数器实验214

6.2.1 实验目的214

6.2.2 实验任务214

6.2.3 实验原理214

6.2.4 实验过程214

6.2.5 预习要求217

6.2.6 实验报告要求218

6.3 分频器实验218

6.3.1 实验目的218

6.3.2 实验任务218

6.3.3 实验原理218

6.3.4 实验过程218

6.3.5 预习要求223

6.3.6 实验报告要求223

6.4 寄存器实验223

6.4.1 实验目的223

6.4.2 实验任务223

6.4.3 实验原理223

6.4.4 实验过程224

6.4.5 预习要求226

6.4.6 实验报告要求227

6.5 移位寄存器实验227

6.5.1 实验目的227

6.5.2 实验任务227

6.5.3 实验原理227

6.5.4 实验过程227

6.5.5 预习要求230

6.5.6 实验报告要求230

6.6 序列信号发生器实验230

6.6.1 实验目的230

6.6.2 实验任务230

6.6.3 实验原理230

6.6.4 实验过程231

6.6.5 预习要求234

6.6.6 实验报告要求234

6.7 序列信号检测器实验234

6.7.1 实验目的234

6.7.2 实验任务234

6.7.3 实验原理234

6.7.4 实验过程235

6.7.5 预习要求238

6.7.6 实验报告要求238

6.8 四位数据扫描显示实验238

6.8.1 实验目的238

6.8.2 实验任务239

6.8.3 实验原理239

6.8.4 实验过程239

6.8.5 预习要求244

6.8.6 实验报告要求244

6.9 八位二进制-BCD码转换器实验244

6.9.1 实验目的244

6.9.2 实验任务244

6.9.3 实验原理245

6.9.4 实验过程245

6.9.5 预习要求250

6.9.6 实验报告要求250

第7章 数字系统FPGA设计实例251

7.1 汽车转向灯控制器设计251

7.1.1 设计任务与指标251

7.1.2 设计原理与方案251

7.1.3 设计与实现251

7.2 洗衣机控制器设计254

7.2.1 设计任务与指标254

7.2.2 设计原理与方案254

7.2.3 设计与实现255

7.3 交通灯控制器设计263

7.3.1 设计任务与指标263

7.3.2 设计原理与方案264

7.3.3 设计与实现265

7.4 拔河游戏设计276

7.4.1 设计任务与指标276

7.4.2 设计原理与方案276

7.4.3 设计与实现277

7.5 猜数游戏设计285

7.5.1 设计任务与指标285

7.5.2 设计原理与方案286

7.5.3 设计与实现286

7.6 智力抢答器设计294

7.6.1 实验目的294

7.6.2 设计任务与指标294

7.6.3 设计原理与方案295

7.6.4 设计与实现296

第8章 挑战性项目设计307

8.1 周期计数器设计307

8.1.1 挑战307

8.1.2 背景与描述307

8.1.3 论证307

8.2 可编程方波发生器设计308

8.2.1 挑战308

8.2.2 背景与描述308

8.2.3 论证309

8.3 网络路由器设计309

8.3.1 挑战309

8.3.2 背景与描述309

8.3.3 论证310

8.4 安全系统310

8.4.1 挑战310

8.4.2 背景与描述310

8.4.3 论证311

8.5 译码器及多路选择器的应用311

8.5.1 挑战311

8.5.2 背景与描述312

8.5.3 论证312

8.6 乐器演奏控制设计313

8.6.1 挑战313

8.6.2 背景与描述313

8.6.3 论证314

8.7 矩阵键盘接口设计314

8.7.1 挑战314

8.7.2 背景与描述314

8.7.3 论证315

8.8 步进电机驱动设计315

8.8.1 挑战315

8.8.2 背景与挑战315

8.8.3 论证316

8.9 卡式电话计费器317

8.9.1 挑战317

8.9.2 背景与描述317

8.9.3 论证318

8.10 数字钟设计318

8.10.1 挑战318

8.10.2 背景与描述318

8.10.3 论证319

参考文献320