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第1章 数字系统设计与EDA工具发展1

1.1 引言1

1.2 数字系统的设计1

1.2.1 自上而下的设计2

1.2.2 自下而上的设计3

1.2.3 正向设计和逆向设计3

1.3 EDA技术的基本特征和工具4

1.3.1 EDA技术的发展4

1.3.2 EDA技术的范畴5

1.3.3 EDA技术的基本特征6

1.3.4 EDA的基本工具7

1.4 IP核复用技术与SOC9

1.4.1 IP复用技术9

1.4.2 系统芯片10

1.5 硬件描述语言在数字系统设计中的作用11

1.6 与数字电路有关的CAD技术发展趋势和难题13

第2章 可编程逻辑器件15

2.1 概述15

2.1.1 PLD的优点15

2.1.2 PLD的发展历程16

2.1.3 PLD的分类16

2.2 PLD产品的基本结构18

2.2.1 PLD结构原理18

2.2.2 PLD电路的表示方法19

2.2.3 SPLD的结构（简单的可编程逻辑器件）19

2.3 复杂可编程逻辑器件现场可编程门阵列21

2.3.1 概述21

2.3.2 CPLD结构与原理21

2.3.3 FPGA结构与原理24

2.4 FPGA/CPLD产品概述28

2.4.1 Lattice公司CPLD器件系列28

2.4.2 Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列29

2.4.3 Altera公司FPGA和CPLD器件系列30

2.4.4 Altera的开发工具32

2.5 可编程逻辑器件的发展趋势33

第3章 MAX＋PLUSⅡ开发系统35

3.1 MAX＋PLUSⅡ的安装与配置35

3.2 MAX＋PLUSⅡ开发系统的特点36

3.3 设计输入37

3.3.1 建立一个新项目38

3.3.2 建立图形设计文件38

3.3.3 文本输入方式42

3.3.4 设计的层次44

3.4 编译设计项目45

3.5 模拟仿真48

3.5.1 项目仿真48

3.5.2 定时分析51

3.6 器件编程51

3.6.1 Altera器件的编程文件51

3.6.2 编程文件的生成和转换52

3.6.3 器件编程53

3.7 MAX＋PLUSⅡ使用提高53

3.7.1 使用LPM宏单元库54

3.7.2 创建元件符号57

3.7.3 使用EAB单元进行设计58

3.8 Byteblaster下载电缆及其应用60

3.8.1 并口下载电缆ByteBlaster60

3.8.2 编程配置方式62

第4章 QuartusⅡ设计软件简介65

4.1 QuartusⅡ简介65

4.1.1 QuartusⅡ 4.0的特点65

4.1.2 Quartus Ⅱ软件支持的EDA工具66

4.2 设计输入67

4.2.1 建立工程68

4.2.2 设计输入71

4.2.3 设计方法与设计规划78

4.3 设计编译79

4.3.1 简介79

4.3.2 使用Quartus Ⅱ编译器80

4.3.3 使用其他EDA综合工具81

4.4 仿真83

4.4.1 简介83

4.4.2 使用Quartus Ⅱ软件进行仿真83

4.5 编程与配置86

4.6 使用宏功能块设计频率计87

第5章 基于VHDL的数字系统设计91

5.1 设计中的常见错误及避免方法91

5.1.1 信号和变量的区别91

5.1.2 BUFFER模式和内部虚拟信号93

5.1.3 保留字DOWNTO和TO的用法93

5.1.4 顺序语句与并行语句的使用94

5.2 提高数字系统性能的方法94

5.2.1 提高系统的工作速度94

5.2.2 耗用资源的考虑94

5.3 组合逻辑电路的VHDL描述97

5.3.1 译码器97

5.3.2 编码器99

5.3.3 比较器99

5.3.4 奇偶检验电路100

5.3.5 用VHDL实现加法器101

5.4 常用的时序逻辑电路模块设计102

5.4.1 锁存器和触发器电路设计102

5.4.2 移位寄存器电路设计104

5.4.3 计数器电路设计105

5.4.4 ROM/RAM模块106

5.4.5 先进先出（FIFO）存储器107

5.4.6 分频电路设计108

5.4.7 序列检测器设计110

5.5 多层次电路设计112

5.5.1 图形与文本混合设计112

5.5.2 纯文本描述116

5.6 《梁祝》乐曲演奏电路设计117

5.6.1 音符频率的控制118

5.6.2 音长的控制118

5.6.3 乐曲演奏电路的VHDL描述119

5.7 有限状态机（FSM）设计举例122

5.7.1 基于状态机的设计122

5.7.2 频率计控制器设计举例123

5.7.3 几点讨论125

5.8 正负脉宽数控调制信号发生器125

5.9 抢答器设计127

5.9.1 抢答器功能127

5.9.2 输入部分（INPUT1）127

5.9.3 八进制计数器128

5.9.4 数码管显示129

5.9.5 判断部分130

第6章 数字电路课程设计132

6.1 数字钟132

6.1.1 任务要求132

6.1.2 数字计时器的基本工作原理132

6.2 电子密码锁133

6.2.1 任务要求133

6.2.2 设计说明和提示134

6.3 自动售票机134

6.3.1 任务要求134

6.3.2 总体设计134

6.4 乒乓游戏机134

6.4.1 设计任务135

6.4.2 设计说明和提示135

6.5 三层电梯控制器135

6.6 8 路彩灯控制系统136

6.7 简单异步通信系统136

6.8 智能函数发生器136

6.8.1 设计任务136

6.8.2 系统设计136

6.9 卡式电话计费器137

6.9.1 功能定义137

6.9.2 功能实现137

6.10 PCM采编器138

6.10.1 结构与功能138

6.10.2 设计与实现138

6.11 出租车计费器139

6.11.1 设计任务139

6.11.2 设计与实现139

6.12 16×16点阵显示设计139

6.12.1 设计任务139

6.12.2 设计实现139

6.13 交通灯控制器140

第7章 组合逻辑电路部分实验141

实验7.1 TTL和CMOS集成逻辑门电气参数测试141

7.1.1 实验目的141

7.1.2 实验原理141

7.1.3 实验内容144

7.1.4 思考题145

实验7.2 集成逻辑电路的连接和驱动145

7.2.1 实验目的145

7.2.2 实验原理145

7.2.3 实验内容147

7.2.4 思考题148

实验7.3 数字电路基本逻辑门功能验证148

7.3.1 实验目的148

7.3.2 实验原理148

7.3.3 实验内容151

7.3.4 思考题153

实验7.4 编码器和译码器153

7.4.1 实验目的153

7.4.2 实验原理153

7.4.3 实验内容158

7.4.4 思考题158

实验7.5 数据分配器及数据选择器159

7.5.1 实验目的159

7.5.2 实验原理159

7.5.3 实验内容160

7.5.4 思考题161

实验7.6 组合逻辑电路的综合应用161

7.6.1 实验目的161

7.6.2 实验原理161

7.6.3 实验内容162

第8章 时序逻辑电路163

实验8.1 触发器及其应用163

8.1.1 实验目的163

8.1.2 实验原理163

8.1.3 实验内容164

8.1.4 思考题165

实验8.2 触发器及其应用165

8.2.1 实验目的165

8.2.2 实验原理166

8.2.3 实验内容167

8.2.4 思考题167

实验8.3 寄存器及其应用168

8.3.1 实验目的168

8.3.2 实验原理168

8.3.3 实验内容169

实验8.4 脉冲产生与整形170

8.4.1 实验目的170

8.4.2 实验原理170

8.4.3 实验内容172

8.4.4 思考题172

实验8.5 A/D、D/A转换器172

8.5.1 实验目的172

8.5.2 实验原理172

8.5.3 实验内容176

实验8.6 8路彩灯控制器177

8.6.1 实验目的177

8.6.2 实验原理178

8.6.3 实验内容180

8.6.4 思考题180

实验8.7 数字频率计180

8.7.1 实验目的180

8.7.2 实验原理181

8.7.3 实验内容181

附录1 EDA开发系统使用说明183

附录2 GW48结构图信号名与芯片引脚对照表197

附录3 使用VHDL语言编程中常见错误201

参考网址202

参考文献203