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第1章 概述1

1.1 EDA技术1

1.1.1 EDA技术的发展史2

1.1.2 EDA与电子系统设计3

1.1.3 EDA软件平台4

1.2 EDA技术的基本特征及工具6

1.2.1 EDA技术的研究范畴6

1.2.2 EDA技术的基本特征7

1.2.3 EDA的基本工具8

1.3 硬件描述语言简介10

1.4 可编程ASIC及发展趋势11

1.4.1 专用集成电路ASIC简介12

1.4.2 集成电路的设计流程13

1.4.3 可编程ASIC的特点16

1.4.4 可编程ASIC发展趋势17

1.5 IP核与SOC设计19

1.5.1 IP核19

1.5.2 IP核的复用技术20

1.5.3 SOC设计技术22

1.5.4 软／硬件协同设计23

1.6 EDA技术的发展趋势25

本章小结26

习题26

第2章 可编程逻辑器件28

2.1 可编程逻辑器件的分类28

2.2 可编程逻辑器件的编程元件30

2.2.1 熔丝型开关31

2.2.2 反熔丝型开关32

2.2.3 浮栅编程元件32

2.2.4 基于SRAM的编程元件34

2.3 边界扫描测试技术34

2.4 CPLD/FPGA的基本结构及特点36

2.4.1 CPLD的基本结构与特点36

2.4.2 FPGA的基本结构与特点40

2.4.3 CPLD与FPGA的比较45

2.5 CPLD/FPGA主流器件介绍46

2.5.1 Altera的CPLD系列46

2.5.2 Xilinx的CPLD系列48

2.5.3 Altera的FPGA系列49

2.5.4 Xilinx的FPGA系列51

2.6 编程与配置53

2.6.1 JTAG方式的CPLD编程54

2.6.2 PC并行口的FPGA配置55

2.6.3 FPGA专用配置器件56

本章小结59

习题59

第3章 CPLD/FPGA开发工具——QuartusⅡ60

3.1 QuartusⅡ概述60

3.1.1 QuartusⅡ的特性60

3.1.2 QuartusⅡ设计流程61

3.1.3 QuartusⅡ的主界面64

3.2 新建一个设计工程67

3.2.1 转换MAX+PLUSⅡ设计68

3.2.2 使用“New Project Wizard”命令新建工程69

3.2.3 设计输入70

3.3 编译与仿真工具71

3.3.1 编译工具72

3.3.2 仿真工具76

3.3.3 时序分析工具78

3.4 编程下载80

3.4.1 指定器件和分配引脚80

3.4.2 配置器件83

3.5 设计优化及其他设置83

3.5.1 面积与速度的优化84

3.5.2 时序约束及设置84

3.5.3 适配设置84

3.5.4 功率分析85

3.6 器件库和参数化宏功能模块85

3.6.1 元件库和宏单元库85

3.6.2 自定制宏功能模块92

3.6.3 嵌入式存储器和锁相环模块94

3.6.4 滤波器FIR100

3.7 嵌入式逻辑分析仪的硬件测试104

3.8 嵌入式系统设计106

3.8.1 用SOPC Builder创建SOPC设计107

3.8.2 用DSP Builder创建DSP设计110

本章小结112

习题113

第4章 硬件描述语言AHDL114

4.1 AHDL的基本元素114

4.2 基本的AHDL设计结构120

4.2.1 子设计段121

4.2.2 逻辑段121

4.2.3 变量段122

4.2.4 AHDL模板125

4.3 函数模块及其引用125

4.4 AHDL的描述语句131

4.4.1 文本编辑语句131

4.4.2 逻辑设计语句133

4.5 数字单元电路的设计实例138

4.5.1 组合逻辑电路138

4.5.2 寄存器和计数器143

4.5.3 有限状态机设计147

4.5.4 综合逻辑电路148

本章小结155

习题155

第5章 硬件描述语言VHDL156

5.1 VHDL基本结构156

5.1.1 多路选择器的VHDL描述156

5.1.2 实体158

5.1.3 结构体160

5.1.4 库、程序包及配置161

5.2 VHDL语法规则164

5.2.1 文字规则164

5.2.2 数据对象166

5.2.3 数据类型169

5.2.4 VHDL操作符175

5.2.5 VHDL属性描述176

5.3 VHDL中的顺序语句179

5.3.1 赋值语句179

5.3.2 流程控制语句180

5.3.3 WAIT语句185

5.3.4 断言语句186

5.4 VHDL中的并行语句186

5.4.1 进程语句187

5.4.2 并行信号赋值语句188

5.4.3 块语句190

5.4.4 元件例化语句191

5.4.5 生成语句192

5.5 子程序195

5.5.1 函数195

5.5.2 过程197

5.5.3 子程序重载198

5.6 状态机的VHDL设计200

5.6.1 状态机的基本结构201

5.6.2 状态转移图201

5.6.3 状态机的VHDL描述202

5.6.4 状态机的图形编辑设计208

5.6.5 状态编码与状态分配209

5.6.6 剩余状态与容错技术212

5.7 数字电路设计212

5.7.1 VHDL的描述风格212

5.7.2 组合逻辑电路215

5.7.3 时序逻辑电路221

本章小结224

习题225

第6章 硬件描述语言Verilog HDL227

6.1 Verilog HDL概述227

6.1.1 不同抽象级别的Verilog HDL模型227

6.1.2 Verilog HDL模型的基本单元——模块228

6.1.3 逻辑仿真230

6.2 Verilog HDL的语法232

6.2.1 语法约定232

6.2.2 数据类型233

6.2.3 模块端口236

6.3 结构描述形式236

6.4 数据流描述形式238

6.4.1 连续赋值语句assign238

6.4.2 表达式和运算符238

6.5 行为描述形式241

6.5.1 过程结构242

6.5.2 过程赋值语句243

6.5.3 时序控制244

6.5.4 流控制245

6.5.5 任务与函数247

6.6 数字电路设计实例249

6.6.1 组合逻辑电路设计249

6.6.2 时序逻辑电路设计251

6.6.3 有限状态机设计252

本章小结257

习题257

第7章 数字系统设计及实例259

7.1 数字系统概述259

7.1.1 数字系统的概念259

7.1.2 数字系统的基本结构260

7.1.3 数字系统设计的特点261

7.1.4 数字系统的设计方法265

7.2 数字系统的描述方法267

7.2.1 方框图和定时图267

7.2.2 算法流程图268

7.2.3 ASM图271

7.3 数字系统的实现275

7.3.1 数据处理单元276

7.3.2 控制单元280

7.4 FPGA系统的设计优化284

7.4.1 资源优化285

7.4.2 速度优化291

7.4.3 系统的同步设计298

7.4.4 优化设置与分析306

7.5 移位相加8位硬件乘法器309

7.5.1 硬件乘法器的设计思想309

7.5.2 硬件乘法器的实现310

7.6 十字路口交通信号的控制系统312

7.6.1 系统的功能要求312

7.6.2 控制器算法设计及实现313

7.7 数据采集系统设计318

7.7.1 系统的功能要求和设计思想318

7.7.2 ADC控制模块设计320

7.8 多功能函数信号发生器322

7.8.1 信号发生器的功能和设计思想322

7.8.2 各功能模块设计323

7.9 数字频率计设计328

7.9.1 频率测量方法和原理328

7.9.2 系统要求和结构328

7.9.3 数字频率计实现329

本章小结333

习题333

第8章 FPGA综合设计实践334

8.1 VGA图像显示的设计与应用334

8.1.1 VGA显示接口和标准时序335

8.1.2 系统的功能要求和设计思想337

8.1.3 各功能模块的设计339

8.2 PS/2键盘接口设计与VGA显示349

8.2.1 PS/2接口及键盘扫描码349

8.2.2 设计要求352

8.2.3 各功能模块的实现353

8.3 PS/2鼠标接口设计与VGA显示361

8.3.1 PS/2鼠标的工作模式和数据格式361

8.3.2 功能要求和设计思想363

8.3.3 各功能模块的设计364

8.4 通用异步收发器设计与VGA显示374

8.4.1 通用异步收发器原理及接口374

8.4.2 系统的功能要求375

8.4.3 各功能模块的设计375

8.5 单线（1-Wire）温度测量与LCD1602显示383

8.5.1 DS18B20数字温度传感器383

8.5.2 字符型LCD1602387

8.5.3 功能要求和设计思想390

8.5.4 各功能模块的设计391

8.6 SPI接口总线及应用399

8.6.1 SPI接口及协议399

8.6.2 串行A/D芯片ADS7822401

8.6.3 串行D/A芯片DAC7513405

8.7 I2C总线及应用409

8.7.1 I2C总线接口409

8.7.2 AT24C02器件的数据读写411

本章小结420

习题420

参考文献421