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基础篇 2

第1章 概述 2

1.1 CPLD/ FPGA简介 2

1.1.1 CPLD/FPGA的结构与工作原理 2

1.1.2 CPLD/FPGA的发展趋势 7

1.2 CPLD/FPGA产品概述 7

1.2.1 Lattice的CPLD器件系列 8

1.2.2 Xilinx的CPLD/FPGA器件系列 9

1.2.3 Altera的CPLD/FPGA器件系列 11

1.2.4 Altera的FPGA配置方式与配置器件 14

习题与思考题 15

第2章 VHDL语言基础 16

2.1硬件描述语言特点 16

2.2 VHDL程序基本结构 16

2.3 VHDL程序主要构件 17

2.3.1库 18

2.3.2实体 18

2.3.3结构体 19

2.3.4包集合 20

2.3.5配置 21

2.4 VHDL数据类型 23

2.4.1标准数据类型 23

2.4.2 IEEE定义的逻辑位与矢量 24

2.4.3用户自定义数据类型 24

2.4.4数据类型转换 26

2.5运算符 26

2.5.1算术运算符 26

2.5.2逻辑运算符 26

2.5.3关系运算符 27

2.5.4其他运算符 27

2.5.5运算优先级 27

2.6 VHDL数据对象 28

2.6.1常量 28

2.6.2变量 28

2.6.3信号 29

2.6.4信号与变量的比较 30

2.7 VHDL基本语句 30

2.7.1并行语句 30

2.7.2顺序语句 37

2.7.3属性描述语句 42

2.8测试基准 44

2.9其他语句和有关规定的说明 45

2.9.1命名规则和注解的标记 45

2.9.2 ATTRIBUTE（属性）描述与定义 46

2.9.3 GENERATE语句 53

2.10 VHDL程序的其他构件 56

2.10.1块 56

2.10.2函数 58

2.10.3过程 59

2.10.4程序包 60

2.11结构体的描述方法 62

习题与思考题 63

第3章 项目开发环境介绍 65

3.1软件平台 65

3.1.1系统设计软件Quartus Ⅱ8.0 65

3.1.2 ModelSim 6.0仿真工具 66

3.1.3 Nios Ⅱ IDE 8.0软件集成环境 67

3.2硬件平台 67

3.2.1 DE2平台介绍 67

3.2.2 DE2板上资源及硬件布局 69

3.2.3 DE2原理 70

3.2.4 DE2平台的开发环境 73

3.2.5 DE2开发板测试说明 74

习题与思考题 75

第4章 常用基本器件设计 76

4.1寄存器设计 76

4.1.1寄存器原理图设计 76

4.1.2寄存器工作原理 76

4.1.3寄存器程序描述 77

4.1.4寄存器仿真 78

4.2移位运算器设计 78

4.2.1移位运算器原理图设计 78

4.2.2移位运算器程序描述 79

4.2.3移位运算器仿真 80

4.3加减法运算器设计 81

4.3.1加减法单元原理图设计 81

4.3.2加减单元编码 81

4.3.3多位加减法单元连接 82

4.3.4加减法运算器原理图设计 83

4.3.5加减法运算器程序描述 84

4.3.6加减法运算器仿真 87

4.4乘法器设计 88

4.4.1乘法阵列原理图设计 88

4.4.2乘法阵列编码 89

4.4.3有符号数乘法运算器 90

4.5同步计数器设计 93

4.5.1设备同步工作 93

4.5.2程序计数器 93

4.5.3通用计数器 95

4.6节拍器设计 98

4.6.1节拍器电路设计 98

4.6.2节拍器程序描述 98

4.6.3节拍器工作原理 101

4.7译码器设计 101

4.7.1译码器电路设计 101

4.7.2译码器程序描述 102

4.7.3选择与通断控制电路 103

4.8标志线设计 106

4.8.1累加器标志线设计 106

4.8.2数据监测标志设计 107

4.9存储器设计 107

4.9.1地址译码器电路设计 107

4.9.2存储单元设计 109

4.9.3包含256个存储单元的存储器设计 110

习题与思考题 112

综合实践篇 114

第5章 FPGA开发常用设计方法 114

5.1消除毛刺 114

5.2几种逻辑器件及信号处理方法 115

5.2.1触发器及锁存器 115

5.2.2消除及置位信号处理 117

5.3 FPGA中的同步设计 118

5.4 FPGA时延电路产生及用法 119

5.5 FPGA中的时钟设计 121

5.5.1全局时钟 121

5.5.2门控制时钟 122

5.5.3多级逻辑时钟 124

5.5.4行波时钟 125

5.5.5多时钟系统 126

5.6 FPGA电路优化方法 130

习题与思考题 133

第6章 综合数字系统实例 134

6.1矩阵键盘扫描接口设计 134

6.1.1实例内容说明 134

6.1.2设计思路与原理 134

6.1.3程序设计与验证 136

6.1.4实例总结 143

6.2交通灯控制的设计 144

6.2.1实例内容说明 144

6.2.2设计思路与原理 144

6.2.3程序设计与注释 145

6.2.4实例总结 152

6.3 6层电梯控制器的设计 152

6.3.1实例内容说明 152

6.3.2设计思路与原理 152

6.3.3程序设计与验证 153

6.3.4实例总结 162

6.4快速傅里叶变换FFT处理器的设计 162

6.4.1 FFT算法特点 162

6.4.2旋转因子算法 163

6.4.3蝶形处理器 165

6.4.4实例总结 168

习题与思考题 168

第7章 面向SOPC的FPGA设计实例 170

7.1 SOPC系统设计流程 170

7.2基于Avalon总线的PWM控制器 171

7.2.1实例介绍 171

7.2.2设计思路与原理 171

7.2.3硬件设计 174

7.2.4软件设计 190

7.2.5实例总结 194

7.3基于SOPC的SD卡音乐播放器 194

7.3.1实例介绍 194

7.3.2设计思路与原理 194

7.3.3硬件设计 200

7.3.4软件设计 210

7.3.5实例总结 216

7.4基于AES算法的实时加/解密系统 216

7.4.1实例介绍 216

7.4.2设计思路与原理 217

7.4.3硬件设计 223

7.4.4软件设计与综合测试 255

7.4.5实例总结 264

习题与思考题 264

附录A 265

参考文献 269