医用FPGA开发——基于Xilinx和VHDL

第1章 FPGA和开发环境 1
1．1 FPGA基础概念 1
1．1．1 什么是FPGA 1
1．1．2 FPGA的基本结构 2
1．1．3 FPGA与ASIC之间的关系 3
1．1．4 FPGA、CPU与DSP之间的关系 3
1．1．5 VHDL与Verilog HDL 4
1．1．6 Xilinx与Altera 5
1．2 FPGA开发流程 6
1．3 XC6SLX16芯片介绍 7
1．3．1 Spartan-6系列介绍 7
1．3．2 XC6SLX16-2CSG324C芯片介绍 7
1．3．3 FPGA速度等级 8
1．3．4 FPGA可用I/O数量 8
1．3．5 FPGA逻辑单元 8
1．3．6 Spartan-6 FPGA配置 8
1．4 FPGA开发工具安装和配置 9
1．4．1 ISE 9
1．4．2 安装ISE 14．7 9
1．4．3 Synplify 14
1．4．4 安装Synplify 14
1．4．5 安装Xilinx USB Cable驱动程序 17
1．5 VHDL语法基础 19
1．5．1 库声明 19
1．5．2 实体 19
1．5．3 结构体 19
1．5．4 数据类型 20
1．5．5 常量定义 20
1．5．6 变量定义 21
1．5．7 信号 21
1．5．8 元件 21
1．5．9 直接赋值语句 22
1．5．10 process语句 22
1．5．11 when．．．else语句 23
1．5．12 if．．．else语句 23
1．5．13 case语句 24
1．5．14 运算符 24
1．6 FPGA高级开发系统简介 26
1．7 FPGA高级开发系统可以开展的部
分实验 28
1．8 本书配套的资料包 28
本章任务 28
本章习题 29
第2章 分频器实验 30
2．1 实验内容 30
2．2 实验原理 30
2．2．1 分频器LED电路原理图 30
2．2．2 时钟分频原理 30
2．2．3 分频器模块内部电路图 31
2．3 实验步骤 32
本章任务 54
本章习题 54
第3章 流水灯实验 56
3．1 实验内容 56
3．2 实验原理 56
3．2．1 流水灯实验LED电路原理图 56
3．2．2 流水灯工作原理 56
3．2．3 流水灯模块内部电路图 57
3．3 实验步骤 58
本章任务 62
本章习题 63
第4章 独立按键去抖实验 64
4．1 实验内容 64
4．2 实验原理 64
4．2．1 独立按键电路原理图 64
4．2．2 按键去抖原理 64
4．2．3 状态机工作原理 65
4．2．4 独立按键去抖处理状态机 66
4．2．5 独立按键去抖实验内部电路图 67
4．3 实验步骤 68
本章任务 74
本章习题 74
第5章 七段数码管显示实验 75
5．1 实验内容 75
5．2 实验原理 75
5．2．1 七段数码管 75
5．2．2 七段数码管显示模块电路原
理图 77
5．2．3 七段数码管显示原理 77
5．2．4 七段数码管显示实验内部电
路图 79
5．3 实验步骤 80
本章任务 85
本章习题 85
第6章 矩阵键盘扫描实验 86
6．1 实验内容 86
6．2 实验原理 86
6．2．1 矩阵键盘扫描原理 87
6．2．2 双寄存器边沿检测电路 89
6．2．3 矩阵键盘扫描实验内部电路图 90
6．3 实验步骤 94
本章任务 102
本章习题 102
第7章 OLED显示实验 103
7．1 实验内容 103
7．2 实验原理 103
7．2．1 OLED显示模块 103
7．2．2 SSD1306的显存 104
7．2．3 SSD1306常用命令 106
7．2．4 字模选项 106
7．2．5 ASCII码表与取模工具 107
7．2．6 OLED显示模块显示流程 108
7．3 实验步骤 108
本章任务 116
本章习题 116
第8章 串口通信实验 117
8．1 实验内容 117
8．2 实验原理 117
8．2．1 UART电路原理图 117
8．2．2 UART通信协议 118
8．2．3 串口通信实验状态机 120
8．2．4 串口通信实验内部电路图 122
8．3 实验步骤 124
本章任务 140
本章习题 140
第9章 读写外部EEPROM实验 141
9．1 实验内容 141
9．2 实验原理 141
9．2．1 EEPROM电路原理图 141
9．2．2 I2C协议 141
9．2．3 I2C器件地址 143
9．2．4 AT24C02芯片 144
9．2．5 AT24C02芯片及其读写
时序 145
9．2．6 读写外部EEPROM实验状
态机 146
9．2．7 读写外部EEPROM实验内部
电路图 148
9．3 实验步骤 150
本章任务 160
本章习题 160
第10章 读写外部Flash实验 161
10．1 实验内容 161
10．2 实验原理 161
10．2．1 SPI Flash电路原理图 161
10．2．2 SPI协议 162
10．2．3 W25Q128芯片 162
10．2．4 SPI通信模式 163
10．2．5 读写外部Flash实验状态机 165
10．2．6 读写外部Flash实验内部电
路图 167
10．3 实验步骤 169
本章任务 177
本章习题 178
第11章 SHT20温/湿度测量实验 179
11．1 实验内容 179
11．2 实验原理 179
11．2．1 SHT20温/湿度电路原理图 179
11．2．2 SHT20 传感器 179
11．2．3 SHT20传感器通信 180
11．2．4 SHT20信号转换 182
11．2．5 SHT20温/湿度测量实验内部
电路图 183
11．3 实验步骤 183
本章任务 193
本章习题 193
第12章 DAC实验 194
12．1 实验内容 194
12．2 实验原理 194
12．2．1 AD/DA转换电路原理图 194
12．2．2 AD9708芯片 194
12．2．3 PCT通信协议 198
12．2．4 DAC实验内部电路图 203
12．3 实验步骤 206
本章任务 215
本章习题 215
第13章 ADC实验 216
13．1 实验内容 216
13．2 实验原理 216
13．2．1 AD/DA转换电路原理图 216
13．2．2 AD9280芯片 218
13．2．3 ADC实验内部电路图 220
13．3 实验步骤 222
本章任务 227
本章习题 227
第14章 体温测量与显示实验 228
14．1 实验内容 228
14．2 实验原理 228
14．2．1 体温数据包的PCT通信协议 228
14．2．2 体温测量与显示实验内部电
路图 229
14．3 实验步骤 232
本章任务 235
本章习题 236
第15章 呼吸监测与显示实验 237
15．1 实验内容 237
15．2 实验原理 237
15．2．1 呼吸数据包的PCT通信协议 237
15．2．2 呼吸监测与显示实验内部电
路图 238
15．3 实验步骤 238
本章任务 242
本章习题 242


第16章 心电监测与显示实验 243
16．1 实验内容 243
16．2 实验原理 244
16．2．1 心电数据包的PCT通信协议 244
16．2．2 心电监测与显示实验内部电
路图 244
16．3 实验步骤 245
本章任务 251
本章习题 251
第17章 血氧监测与显示实验 252
17．1 实验内容 252
17．2 实验原理 253
17．2．1 血氧数据包的PCT通信协议 253
17．2．2 血氧监测与显示实验内部
电路图 253
17．3 实验步骤 253
本章任务 259
本章习题 259
第18章 血压测量与显示实验 260
18．1 实验内容 260
18．2 实验原理 261
18．2．1 血压数据包的PCT通信协议 261
18．2．2 血压测量与显示实验内部电
路图 261
18．3 实验步骤 264
本章任务 271
本章习题 272
附录A FPGA开发常用模块引脚约束 273
附录B 人体生理参数监测系统使用说明 276
附录C 《VHDL语言程序设计规范》
（LY-STD009―2019）简介 279
C．1 排版 279
C．2 注释 280
C．3 命名 280
C．4 编码规范 281
C．5 VHDL文件模板 282
C．6 UCF文件模板 285
附录D ASCII码表 286
参考文献 287