EDA技术及应用——基于FPGA的电子系统设计

第1章 电子系统设计导论 1 1.1 电子系统概述 1 1.1.1 电子系统及其组成 1 1.1.2 电子系统的分类 2 1.1.3 电子系统的指标 3 1.2 电子系统的设计方法 4 1.3 电子系统的设计步骤 6 习题1 8 第2章 EDA技术概述 9 2.1 EDA技术简介 9 2.1.1 EDA技术的定义 9 2.1.2 EDA技术的发展阶段 9 2.1.3 EDA技术的特征和优势 10 2.1.4 EDA技术的范畴和应用 11 2.1.5 EDA技术的发展现状 12 2.1.6 EDA技术的发展方向 13 2.2 常用的EDA工具软件 13 2.3 EDA的设计流程 16 习题2 21 第3章 可编程逻辑器件 22 3.1 概述 22 3.1.1 可编程逻辑器件的发展简史 22 3.1.2 可编程逻辑器件的分类 23 3.1.3 可编程逻辑器件的发展趋势 24 3.2 可编程逻辑器件的基本结构 25 3.2.1 可编程逻辑器件(PLD)的基本结构 25 3.2.2 FPGA的基本结构 26 3.2.3 CPLD的基本结构 31 3.2.4 FPGA和CPLD的异同 33 3.3 FPGA/CPLD器件的类别 36 3.3.1 Stratix高端FPGA系列 36 3.3.2 Arria中端FPGA系列 36 3.3.3 Cyclone低成本FPGA系列 37 3.3.4 Intel的CPLD系列 38 3.4 FPGA/CPLD的配置 38 3.4.1 CPLD的配置 39 3.4.2 FPGA的配置 40 3.5 SOPC概述 42 3.5.1 IP核复用技术 43 3.5.2 片上系统(SOC) 44 3.5.3 可编程片上系统(SOPC) 44 习题3 45 第4章 Quartus Ⅱ集成开发工具 46 4.1 Quartus Ⅱ软件的图形用户界面(GUI) 46 4.2 基于Quartus Ⅱ软件进行EDA设计开发流程 47 4.2.1 新建项目 47 4.2.2 新建文件 51 4.2.3 编译设计项目 55 4.2.4 仿真验证设计项目 59 4.2.5 引脚分配 64 4.2.6 器件编程下载 64 4.3 基于宏功能模块的设计 66 4.3.1 Megafunction库 66 4.3.2 Maxplus2库 77 4.3.3 Primitives库 78 4.3.4 综合设计 80 习题4 82 第5章 硬件描述语言Verilog HDL基础 83 5.1 概述 83 5.1.1 HDL简介 83 5.1.2 VHDL语言及特点 83 5.1.3 Verilog HDL语言 84 5.1.4 其他HDL 85 5.2 Verilog HDL语言要素 86 5.2.1 空白符 86 5.2.2 注释 87 5.2.3 关键字 87 5.2.4 标识符 88 5.3 常量 88 5.3.1 整数 88 5.3.2 实数 90 5.3.3 字符串 90 5.3.4 parameter常量 90 5.4 数据类型 91 5.4.1 net型 91 5.4.2 variable型 92 5.4.3 memory型 93 5.5 运算符 94 5.5.1 算术运算符 94 5.5.2 逻辑运算符 95 5.5.3 关系运算符 95 5.5.4 等式运算符 95 5.5.5 位运算符 96 5.5.6 缩位运算符 97 5.5.7 移位运算符 97 5.5.8 条件运算符 97 5.5.9 位拼接运算符 97 5.5.10 运算符的优先级 98 5.6 Verilog HDL语言的基本结构 98 5.6.1 Verilog HDL语言的建模 99 5.6.2 Verilog HDL模块的基本结构和模板 99 5.6.3 模块声明与端口定义 101 5.6.4 信号类型定义 102 5.6.5 逻辑功能定义 102 5.7 Verilog HDL仿真与测试 126 5.7.1 测试平台 126 5.7.2 系统任务和系统函数 128 5.7.3 Verilog HDL仿真实例 131 习题5 133 第6章 基于Verilog HDL的数字电路设计 134 6.1 基本组合电路的设计 134 6.1.1 基本门电路 134 6.1.2 三态逻辑电路 135 6.1.3 数据选择器 136 6.1.4 编码器和译码器 137 6.1.5 编码转换器 139 6.1.6 七段数码管译码电路 140 6.1.7 移位器 141 6.1.8 算术运算器 142 6.2 基本时序逻辑电路设计 143 6.2.1 触发器 143 6.2.2 寄存器 144 6.2.3 计数器 146 6.2.4 分频器 147 6.2.5 脉冲信号发生器 148 6.2.6 脉冲宽度调制器 152 6.3 状态机逻辑电路设计 156 6.3.1 序列检测器设计 158 6.3.2 流水灯控制器设计 159 6.3.3 交通灯控制器设计 160 6.4 多层次结构电路的设计 162 习题6 164 第7章 基于FPGA的数字系统设计 166 7.1 EDA实验箱的使用 166 7.2 外围接口控制电路的设计 169 7.2.1 LED控制电路的设计 170 7.2.2 数码管控制电路的设计 171 7.2.3 16×16点阵控制电路的设计 176 7.2.4 键盘控制电路的设计 186 7.2.5 D/A控制电路的设计 190 7.2.6 A/D控制电路的设计 196 7.2.7 LCD控制电路的设计 203 7.3 综合数字系统的设计 210 7.3.1 8路彩灯的设计 210 7.3.2 数码管滚动显示电话号码的设计 211 7.3.3 数字时钟的设计 213 7.3.4 LED显示屏的设计 215 7.3.5 巴克码发生器与检测器设计 218 7.3.6 十字路口交通灯设计 221 7.3.7 自动售货机控制器设计 228 7.3.8 抢答器设计 230 7.3.9 电子密码锁设计 236 7.3.10 音乐播放器的设计 239 7.3.11 数字频率计的设计 245 习题7 248 第8章 ModelSim仿真工具 250 8.1 ModelSim简介 250 8.2 功能仿真 252 8.2.1 概述 252 8.2.2 功能仿真步骤 253 8.3 时序仿真 259 8.3.1 概述 259 8.3.2 时序仿真步骤 260 习题8 263 参考文献 264