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內容簡介

本書係統地介紹瞭EDA 技術和VHDL 硬件描述語言，將VHDL 的基礎知識、編程技巧和實用方法與實際工程開發技術在Quartus II 13.1 上很好地結閤起來，使讀者通過本書的學習能迅速瞭解並掌握EDA技術的基本理論和工程開發實用技術，為後續的深入學習和發展打下堅實的理論與實踐基礎。
　　作者依據高校課堂教學和實驗操作的規律與要求，並以提高學生的實際工程設計能力和自主創新能力為目的，閤理編排全書內容。全書共分為8 個部分：EDA 技術的概述、VHDL 語法知識及其實用技術、Quartus II 及LPM 宏模塊的詳細使用方法、有限狀態機設計技術、16 位實用CPU 設計技術及創新實踐項目、基於ModelSim 的Test Bench 仿真技術、以及基於MATLAB 和DSP Builder 平颱的EDA 設計技術及大量實用係統設計示例。除個彆章節外，其他章節都安排瞭相應的習題和大量針對性強的實驗與設計項目。書中列舉的VHDL 示例都已經編譯通過或經硬件測試通過。
　　本書主要用於高等院校本、專科的EDA 技術和VHDL 語言基礎課，推薦作為電子工程、通信、工業自動化、計算機應用技術、電子對抗、儀器儀錶、數字信號或圖像處理等學科專業和相關實驗指導課的教材用書或主要參考書，同時也可作為電子設計競賽、FPGA 開發應用的自學參考書。
　　與此教材配套的還有 CAI 教學課件、實驗指導課件、實驗源程序，以及與實驗設計項目相關的詳細技術資料等，讀者都可免費索取。

目錄

第 1 章 EDA 技術概述 1
11 EDA 技術 1
12 EDA 技術應用對象 2
13 常用的硬件描述語言 4
14 EDA 技術的優勢 5
15 麵嚮FPGA 和CPLD 的開發流程 6
151 設計輸入 7
152 綜閤 7
153 適配（布綫布局） 9
154 仿真 9
155 RTL 描述 10
16 可編程邏輯器件 10
161 PLD 的分類 11
162 PROM 可編程原理 12
163 GAL 14
17 CPLD 的結構與可編程原理 15
18 FPGA 的結構與工作原理 18
181 查找錶邏輯結構 18
182 Cyclone 4E 係列器件的結構原理 18
183 內嵌Flash 的FPGA 器件 21
19 硬件測試技術 21
191 內部邏輯測試 21
192 JTAG 邊界掃描測試 22
110 編程與配置 22
111 Quartus II 23
112 IP 核 25
113 EDA 的發展趨勢 25
習題 27
第2 章程序結構與數據對象 28
21 VHDL 程序結構 28
22 VHDL 程序基本構建 30
221 實體和端口模式 30
222 結構體 31 223 庫和庫的種類 32
224 庫和程序包的調用方法 34
225 配置 35
23 VHDL 文字規則 36
231 數字 36
232 字符串 36
233 關鍵詞 37
234 標識符及其錶述規則 37
235 文件取名和存盤 38
236 規範的程序書寫格式 38
24 VHDL 數據對象 39
241 常數 39
242 變量 39
243 信號 40
習題 42
第3 章數據類型與順序語句 43
31 VHDL 數據類型 43
311 BIT 和BIT_VECTOR 類型 44
312 STD_LOGIC 和STD_LOGIC_VECTOR 類型 44
313 整數類型INTEGER 46
314 布爾數據類型BOOLEAN 47
315 SIGNED 和UNSIGNED 類型 47
316 其他預定義類型 49
317 數據類型轉換函數 50
32 常用順序語句 52
321 賦值語句 52
322 CASE 語句 53
323 PROCESS 語句 54
324 並置操作符& 55
325 IF 語句 56
33 IF 語句使用示例 57
331 D 觸發器的VHDL 描述 57
332 含異步復位和時鍾使能D 觸發器的描述 60
333 基本鎖存器的描述 60
334 含清零控製鎖存器的描述 62
335 實現時序電路的不同錶述方式 63
336 4 位二進製加法計數器設計 64
337 計數器更常用的VHDL 錶達方式 65
338 設計一個實用計數器 67 339 含同步並行預置功能的8 位移位寄存器設計 69
3310 優先編碼器設計 70
34 VHDL 其他順序語句 71
341 LOOP 循環語句 72
342 NEXT 語句 72
343 EXIT 語句 73
344 WAIT 語句 74
345 GENERIC 參數定義語句 77
346 REPORT 語句 77
347 斷言語句 78
348 端口數據含1 個數的統計電路模塊設計 80
習題 81
第4 章時序仿真與硬件實現 83
41 代碼編輯輸入和係統編譯 83
411 編輯和輸入設計文件 83
412 創建工程 84
413 約束項目設置 85
414 全程綜閤與編譯 87
415 RTL 圖觀察器應用 88
42 時序仿真 89
43 硬件測試 91
431 引腳鎖定 92
432 編譯文件下載 93
433 通過JTAG 口對配置芯片進行間接編程 95
434 USB-Blaster 驅動程序安裝方法 96
44 電路原理圖設計流程 96
441 設計一個半加器 96
442 完成全加器頂層設計 98
443 對全加器進行時序仿真和硬件測試 99
45 利用屬性錶述實現引腳鎖定 100
46 SignalTap II 的用法 101
47 編輯SignalTap II 的觸發信號 106
48 安裝Quartus II 131 說明 106
習題 111
實驗與設計 112
實驗4-1 多路選擇器設計實驗 112
實驗4-2 十六進製7 段數碼顯示譯碼器設計 112
實驗4-3 應用宏模塊設計數字頻率計 114
實驗4-4 計數器設計實驗 117實驗4-5 數碼掃描顯示電路設計 118
實驗4-6 硬件消抖動電路設計 118
實驗4-7 串行靜態顯示控製電路設計 119
第5 章並行語句 121
51 並行信號賦值語句 121
511 簡單信號賦值語句 121
512 條件信號賦值語句 122
513 選擇信號賦值語句 123
514 塊語句 124
515 元件例化語句 124
516 例化語句應用示例 125
517 生成語句 127
518 GENERIC 參數傳遞映射語句及其使用方法 129
519 數據類型定義語句 131
5110 VHDL 的存儲器描述 134
5111 信號屬性及屬性函數 136
52 VHDL 運算操作符 138
521 邏輯操作符 138
522 關係操作符 140
523 算術操作符 141
524 省略賦值操作符 144
53 keep 屬性應用 145
54 SignalProbe 使用方法 146
習題 148
實驗與設計 149
實驗5-1 8 位加法器設計實驗 149
實驗5-2 高速硬件除法器設計 149
實驗5-3 移位相加型8 位硬件乘法器設計 150
實驗5-4 基於VHDL 代碼的頻率計設計 150
實驗5-5 VGA 彩條信號顯示控製電路設計 152
實驗5-6 不同類型的移位寄存器設計實驗 156
第6 章 LPM宏模塊使用方法 157
61 調用計數器宏模塊示例 157
611 計數器LPM 模塊文本代碼的調用 157
612 LPM 計數器代碼與參數傳遞語句應用 159
613 創建工程與仿真測試 160
62 利用屬性控製乘法器構建的示例 161
63 LPM_RAM 宏模塊用法 162
631 初始化文件及其生成 162 632 LPM_RAM 的設置與調用 164
633 測試LPM_RAM 166
634 用VHDL 代碼描述存儲器以及用初始化文件加載錶述 166
64 LPM_ROM 使用示例 168
641 簡易正弦信號發生器設計 168
642 正弦信號發生器硬件實現和測試 169
65 在係統存儲器數據讀寫編輯器應用 171
66 LPM 嵌入式鎖相環調用 172
661 建立嵌入式鎖相環元件 172
662 測試鎖相環 175
67 In-System Sources and Probes Editor 用法 175
68 DDS 實現原理與應用 178
681 DDS 原理 178
682 DDS 信號發生器設計示例 180
習題 181
實驗與設計 181
實驗6-1 查錶式硬件運算器設計 181
實驗6-2 正弦信號發生器設計 182
實驗6-3 簡易邏輯分析儀設計 182
實驗6-4 DDS 正弦信號發生器設計 183
實驗6-5 移相信號發生器設計 184
實驗6-6 VGA 簡單圖像顯示控製模塊設計 185
實驗6-7 AM 幅度調製信號發生器設計 186
第7 章 VHDL 設計深入 188
71 進程中的信號賦值與變量賦值 188
72 含高阻輸齣的電路設計 192
721 三態門設計 192
722 雙嚮端口的設計方法 193
723 三態總綫電路設計 195
73 資源優化 196
731 資源共享 197
732 邏輯優化 198
733 串行化 199
74 速度優化 200
741 流水綫設計 201
742 關鍵路徑法 203
75 仿真延時 204
751 固有延時 204
752 傳輸延時 205 753 仿真δ 205
習題 206
實驗與設計 207
實驗7-1 4X4 陣列鍵盤鍵信號檢測電路設計 207
實驗7-2 樂麯硬件演奏電路設計 207
實驗7-3 PS2 鍵盤控製模型電子琴電路設計 210
實驗7-4 直流電機綜閤測控係統設計 213
實驗7-5 VGA 動畫圖像顯示控製電路設計 215
第8 章狀態機設計技術 216
81 VHDL 狀態機的一般形式 216
811 狀態機的特點與優勢 216
812 VHDL 狀態機的一般結構 217
813 狀態機設計初始約束與錶述 220
82 Moore 型狀態機的設計 221
821 多進程狀態機 222
822 序列檢測器之狀態機設計 225
83 Mealy 型狀態機的設計 226
84 狀態編碼 230
841 直接輸齣型編碼 230
842 順序編碼 232
843 一位熱碼狀態編碼 232
844 狀態編碼設置 233
85 安全狀態機設計 234
851 程序直接導引法 235
852 狀態編碼監測法 235
853 藉助EDA 優化控製工具生成安全狀態機 236
習題 236
實驗與設計 236
實驗8-1 序列檢測器設計 236
實驗8-2 並行ADC 采樣控製電路實現與硬件驗證 237
實驗8-3 數據采集模塊設計 238
實驗8-4 五功能智能邏輯筆設計 239
實驗8-5 串行ADC/DAC 采樣或信號輸齣控製電路設計 240
第9 章 16 位CPU 創新設計 241
91 KX9016 的結構與特色 241
92 KX9016 基本硬件係統設計 244
921 單步節拍發生模塊 244
922 運算器 244
923 比較器 245 924 基本寄存器與寄存器陣列組 246
925 移位器 250
926 程序與數據存儲器 251
93 KX9016v1 指令係統設計 251
931 指令格式 251
932 指令操作碼 252
933 軟件程序設計實例 254
934 KX9016 v1 控製器設計 255
935 指令設計實例詳解 259
94 KX9016 的時序仿真與硬件測試 260
941 時序仿真與指令執行波形分析 260
942 CPU 工作情況的硬件測試 262
95 KX9016 應用程序設計實例和係統優化 264
951 乘法算法及其硬件實現 264
952 除法算法及其硬件實現 265
953 KX9016v1 的硬件係統優化 266
習題 267
實驗與設計 268
實驗9-1 16 位CPU 驗證性設計綜閤實驗 268
實驗9-2 新指令設計及程序測試實驗 268
實驗9-3 16 位CPU 的優化設計與創新 269
第10 章 VHDL 仿真和語句補充 271
101 VHDL 仿真流程 272
102 VHDL 測試基準實例 274
103 VHDL Test Bench 測試流程 276
104 VHDL 子程序 278
1041 函數 278
1042 重載函數 281
1043 決斷函數 283
1044 過程 284
1045 重載過程 286
1046 子程序調用語句 286
1047 RETURN 語句 288
1048 並行過程調用語句 289
105 VHDL 程序包 291
習題 293
實驗與設計 294
實驗10-1 在ModelSim 上對VHDL Test Bench 進行仿真 294
第11 章 DSP Builder 係統設計方法 295 111 MATLAB/DSP Builder 及其設計流程 295
112 正弦信號發生器設計 297
1121 建立設計模型 298
1122 Simulink 模型仿真 304
1123 SignalCompiler 使用方法 307
1124 使用ModelSim 進行RTL 級仿真 308
1125 使用Quartus II 實現時序仿真 310
1126 硬件測試與硬件實現 310
113 DSP Builder 層次化設計 311
114 基於DSP Builder 的DDS 設計 314
1141 DDS 模塊設計 314
1142 FSK 調製器設計 316
1143 正交信號發生器設計 318
1144 數控移相信號發生器設計 318
1145 幅度調製信號發生器設計 318
115 HIL 硬件測試 320
習題 324
實驗與設計 325
實驗11-1 利用MATLAB/DSP Builder 設計基本電路模塊 325
實驗11-2 基於DSP Builder 的DDS 應用模型設計 326
實驗11-3 HIL 硬件環仿真實驗 327
第12 章 DSP Builder 設計深入 329
121 FIR 數字濾波器設計 329
1211 FIR 濾波器原理 329
1212 使用DSP Builder 設計FIR 濾波器 330
1213 使用MATLAB 的濾波器設計工具 334
1214 使用FIR IP Core 設計FIR 濾波器 340
122 HDL 模塊插入仿真及其設計 343
習題 346
實驗與設計 347
實驗12-1 FIR 數字濾波器設計實驗 347
實驗12-2 調製解調模塊設計實驗 348
實驗12-3 HDL Import 模塊應用實驗 348
附錄A EDA 開發係統及相關電路與錶格 349
A1 KX_CDS 係列EDA/SOPC 係統 350
A2 部分實驗擴展模塊 354
A3 mif 文件生成器使用方法 355
A4 核心闆FPGA 擴展至KX_CDS 係統對照錶 357
A5 多功能重配置結構可切換的部分實驗電路圖 359

精彩書摘

第1 章 EDA 技術概述

　　本章簡要介紹 EDA 技術、EDA 工具、FPGA 結構原理及EDA 的應用情況和發展趨勢，其中重點介紹基於EDA 的FPGA 開發技術的概況。
　　考慮到本章中齣現的一些基本概念和名詞有可能涉及較多的基礎知識和更深入的EDA 基礎理論，故對於本章的學習僅要求讀者做一般性的瞭解，無須深入探討。因為待讀者學習完本教程，並經曆瞭本教材配置的必要實踐後，對許多問題就會自然而然地弄明白瞭。不過需要強調的是，本章的重要性並不能因此而被低估。
1.1 EDA 技術
　　現代電子設計技術的核心已日趨轉嚮基於計算機的電子設計自動化技術，即EDA（Electronic Design Automation）技術。EDA 技術就是依賴功能強大的計算機，在EDA 工具軟件平颱上，對以硬件描述語言（HDL，Hardware Description Language）為係統邏輯描述手段完成的設計文件。它自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜閤、布局布綫以及邏 EDA技術與VHDL(第5版)（高等院校電子信息科學與工程規劃教材） 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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