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第1章 绪论1

1.1 电路系统1

1.1.1 电路系统的分类1

1.1.2 模拟电路系统及其特点1

1.1.3 数字电路系统及其特点2

1.2 VHDL语言的产生背景、功能及特点2

1.2.1 EDA概念2

1.2.2 EDA技术发展阶段2

1.2.3 EDA技术的研究内容4

1.2.4 HDL语言的概念及分类5

1.2.5 VHDL语言的发展及特点6

1.3 PLD与FPGA7

1.3.1 简单低密度器件（SPLD）8

1.3.2 CPLD9

1.3.3 FPGA12

1.3.4 器件供应商及第三方软件介绍13

习题16

第2章 VHDL程序框架及组成17

2.1 概述17

2.2 语法规则及命名17

2.2.1 书写规定17

2.2.2 标识符18

2.2.3 扩展标识符18

2.2.4 保留字及专用字19

2.3 VHDL基本架构19

2.3.1 设计库20

2.3.2 包集合22

2.3.3 实体24

2.3.4 构造体26

2.3.5 配置28

2.4 小结31

习题31

第3章 VHDL语言数据类型32

3.1 数据类型概述32

3.2 标准预定义数据类型32

3.2.1 可综合数据类型33

3.2.2 不可综合数据类型36

3.3 用户自定义数据类型38

3.3.1 枚举类型39

3.3.2 数组类型39

3.3.3 记录类型40

3.3.4 寻址类型41

3.3.5 文件类型41

3.4 数据类型的转换42

3.5 小结44

习题44

第4章 VHDL语言数据对象及运算操作符45

4.1 数据对象及其分类45

4.1.1 常量45

4.1.2 信号46

4.1.3 变量47

4.1.4 文件49

4.2 运算操作符51

4.2.1 逻辑运算符51

4.2.2 算术运算符52

4.2.3 关系运算符52

4.2.4 移位操作符53

4.2.5 并置运算符54

4.3 小结55

习题55

第5章 VHDL语言主要描述语句57

5.1 概述57

5.2 并发描述语句57

5.2.1 进程语句58

5.2.2 信号代入语句59

5.2.3 元件例化语句64

5.2.4 过程调用语句69

5.2.5 类属语句71

5.2.6 生成语句72

5.2.7 并行仿真语句75

5.2.8 块语句77

5.3 顺序描述语句78

5.3.1 进程语句79

5.3.2 赋值语句79

5.3.3 条件判断语句81

5.3.4 CASE语句83

5.3.5 调用语句87

5.3.6 循环语句90

5.3.7 仿真描述语句94

5.3.8 空语句98

5.4 小结99

习题99

第6章 VHDL语言属性100

6.1 概述100

6.2 数值类属性100

6.2.1 常规数据类型的数值属性101

6.2.2 数组类型的数值属性101

6.2.3 块的数值属性102

6.3 函数类属性103

6.3.1 函数数据类型属性103

6.3.2 函数数组属性105

6.3.3 函数信号属性106

6.3.4 信号类属性110

6.4 数据类型属性113

6.5 数据区间类属性113

6.6 用户自定义属性114

6.7 小结115

习题115

第7章 VHDL语言构造体的描述方式117

7.1 概述117

7.2 行为描述方式117

7.2.1 行为描述方式的概念和特点117

7.2.2 行为描述方式举例117

7.3 结构化描述方式119

7.3.1 结构化描述方式的概念和特点119

7.3.2 结构化描述举例119

7.4 数据流描述方式123

7.4.1 数据流描述方式的概念和特点123

7.4.2 数据流描述方式举例124

7.5 混合描述方式125

7.5.1 混合描述方式的概念和特点125

7.5.2 混合描述方式举例126

7.6 数据流描述中应注意的问题126

7.6.1 非法状态传递问题126

7.6.2 进程中时钟沿的使用问题128

7.6.3 综合电路问题128

7.7 小结132

习题132

第8章 数字逻辑电路设计133

8.1 概述133

8.2 组合逻辑电路设计133

8.2.1 选择器和分配器133

8.2.2 编码器和译码器138

8.2.3 数字比较器144

8.2.4 加法器146

8.2.5 三态门及总线缓冲器148

8.2.6 奇偶校验器152

8.3 时序逻辑电路设计153

8.3.1 触发器153

8.3.2 寄存器的设计159

8.3.3 计数器162

8.4 小结168

习题168

第9章 状态机设计169

9.1 概述169

9.2 状态机的特点170

9.3 状态机的组成170

9.4 状态机的描述风格174

9.5 状态机的状态编码175

9.5.1 直接输出型编码175

9.5.2 顺序编码176

9.5.3 格雷码编码176

9.5.4 独热码编码177

9.6 状态机剩余状态处理178

9.7 有限状态机的复位179

9.8 小结183

习题183

第10章 MODELSIM仿真与测试平台的搭建184

10.1 引言184

10.2 ModelSim仿真软件184

10.2.1 ModelSim简介184

10.2.2 ModelSim软件的安装及破解184

10.2.3 软件仿真步骤188

10.3 测试及验证平台192

10.3.1 仿真软件编辑输入193

10.3.2 仿真输入波形的产生193

10.3.3 测试平台的搭建198

10.4 小结201

习题201

第11章 QUARTUS Ⅱ集成开发环境202

11.1 概述202

11.2 Quartus Ⅱ软件开发流程203

11.2.1 新建工程设计流程204

11.2.2 设计输入流程207

11.2.3 编译及综合流程217

11.2.4 仿真验证220

11.2.5 硬件下载与验证224

11.3 Quartus Ⅱ软件其他常用功能应用227

11.3.1 嵌入式逻辑分析仪227

11.3.2 信号探针230

11.3.3 功耗分析工具231

11.3.4 存储器内容编辑233

11.3.5 逻辑分析仪接口编辑器235

11.4 小结236

习题236

第12章 FPGA器件及其开发平台237

12.1 FPGA工作原理237

12.2 Altera FPGA芯片237

12.2.1 Altera PLD芯片的分类237

12.2.2 Altera PLD的命名237

12.2.3 Cylone系列FPGA的功能和结构238

12.3 FPGA与CPLD的比较245

12.3.1 FPGA与CPLD的相同点245

12.3.2 CPLD和FPGA的区别245

12.4 FPGA开发流程246

12.5 FPGA开发平台：最小系统设计247

12.5.1 FPGA芯片有关引脚247

12.5.2 PROM芯片型号及电路连接248

12.5.3 全局时钟发生电路249

12.5.4 JTAG下载电路250

12.5.5 电源电路设计250

12.5.6 其他IO接口电路251

12.6 小结252

习题252

第13章 FPGA典型应用设计253

13.1 IP知识产权模块253

13.1.1 IP模块的概念253

13.1.2 IP模块的分类253

13.1.3 IP模块的复用254

13.2 分频器的设计验证255

13.2.1 奇偶数分频器通用IP核的设计255

13.2.2 占空比可调的分频器的设计258

13.3 交通灯控制器的设计260

13.3.1 设计要求260

13.3.2 设计原理260

13.3.3 VHDL语句描述261

13.3.4 元件符号及端口说明262

13.3.5 仿真验证263

13.4 串口异步收发控制器的设计263

13.4.1 UART数据帧格式264

13.4.2 UART的实现264

13.5 I2C总线通信控制器的设计274

13.5.1 I2C总线简介274

13.5.2 I2C总线帧格式274

13.5.3 I2C总线顶层模块设计275

13.5.4 I2C时钟模块的设计275

13.5.5 I2C写数据模块设计276

13.6 并行ADC0809控制模块设计279

13.6.1 设计原理279

13.6.2 状态机设计279

13.6.3 VHDL语言描述280

13.6.4 测试平台的设计281

13.6.5 仿真结果282

13.7 串行DAC TLC5615控制模块设计282

13.7.1 设计原理283

13.7.2 设计状态图283

13.7.3 VHDL源程序283

13.7.4 元件符号及端口说明285

13.7.5 仿真验证285

13.8 正弦信号发生器的设计285

13.8.1 正弦信号发生器工作原理285

13.8.2 定制初始化数据文件286

13.8.3 定制LPM ROM元件286

13.9 小结289

习题289

主要参考文献291