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第1章 FPGA系统设计基础 1

1.1 可编程逻辑器件基础 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 可编程逻辑器件的编程器件工作原理 2

1.1.3 可编程逻辑器件的基本结构和电路表示方法 6

1.2 FPGA的设计方法与要求 8

1.2.1 现代数字系统的设计方法 8

1.2.2 优秀FPGA设计的重要特征 11

1.3 FPGA的设计流程 13

1.3.1 可编程逻辑器件的一般设计流程 13

1.3.2 基于MAX＋plusⅡ的设计流程 15

1.3.3 基于QuartusⅡ的设计流程 16

1.3.4 基于ISE的设计流程 19

1.3.5 嵌入PowerPC405微处理器的FPGA设计流程 21

1.4 FPGA设计工具 23

1.4.1 Altera的可编程逻辑器件设计工具 23

1.4.2 Xilinx的可编程逻辑器件设计工具 25

本章小结 30

思考题与习题 30

第2章 FPGA器件 32

2.1 Xilinx FPGA器件 32

2.1.1 Xilinx FPGA器件简介 32

2.1.2 Spartan-Ⅱ和Spartan-ⅡE系列产品 33

2.1.3 Virtex-Ⅱ系列产品 38

2.1.4 Virtex-ⅡPro和Virtex-ⅡProX系列产品 44

2.2 Altera FPGA器件 49

2.2.1 Altera FPGA器件简介 49

2.2.2 FLEX系列产品 50

2.2.3 ACEX1K系列产品 63

2.2.4 APEX系列产品 64

2.2.5 Mercury系列产品 74

2.2.6 Excalibur系列产品 77

2.2.7 Stratix系列产品 80

本章小结 82

思考题与习题 82

第3章 设计输入 84

3.1 基于ISE5.2的设计输入方法 84

3.1.1 原理图输入 84

3.1.2 HDL语言输入 93

3.1.3 状态图输入 97

3.1.4 IP复用 107

3.2.1 原理图输入 117

3.2 基于QuartusⅡ 3.0的设计输入方法 117

3.2.2 HDL语言输入 125

本章小结 127

思考题与习题 128

第4章 功能仿真 130

4.1 基于Modelsim的功能仿真 130

4.1.1 Modelsim XEⅡ v5.6e 130

4.1.2 在Project Navigator中建立测试激励文件 135

4.1.3 启动Modelsim进行仿真 140

4.1.4 功能仿真实例：十进制计数器 141

4.2 基于Quartus Ⅱ 3.0的功能仿真 149

4.2.1 建立Vector Waveform File文件 149

4.2.2 仿真器设置 151

本章小结 154

4.2.3 功能仿真实例：占空比为50％的3分频器 154

思考题与习题 155

第5章 综合、实行、配置、编译与编程 156

5.1 ISE5.2中的综合工具XST 156

5.1.1 XST的综合属性 156

5.1.2 使用XST综合设计 160

5.2 基于ISE5.2的实行设计 164

5.2.1 用户约束 164

5.2.2 实行设计 168

5.2.3 查看相关报告 168

5.3 基于ISE5.2的下载配置 171

5.3.1 准备配置（Prepare Configuration） 171

5.3.2 配置器件（Configure Device） 178

5.4 基于Quartus Ⅱ的编译与器件编程 182

5.4.1 使用Quartus Ⅱ 3.0的编译器编译设计 183

5.4.2 使用Quartus Ⅱ 3.0的编程器下载 188

本章小结 190

思考题与习题 190

第6章 FPGA的下载配置电路设计 192

6.1 Xilinx的FPGA下载配置电路设计 192

6.1.1 Xilinx FPGA的下载配置模式 192

6.1.2 Virtex-Ⅱ系列器件下载配置电路设计 193

6.2 Altera的FPGA下载配置设计 199

6.2.1 Altera公司的下载电缆 199

6.2.2 下载电缆配置电路设计 203

6.2.3 Altera芯片配置电路设计 208

本章小结 214

思考题与习题 215

7.1.1 描述方法对电路结构的影响 217

第7章 设计技巧 217

7.1 VHDL编码风格 217

7.1.2 不同的状态机描述 221

7.2 采用层次化的设计 229

7.2.1 层次化设计的基本思想和原则 229

7.2.2 相似逻辑设计在一个层次 230

7.2.3 使用寄存器作为模块的分界线 230

7.3 Block RAM设计 231

7.3.1 Block RAM的结构 231

7.3.2 描述Block RAM的VHDL程序 232

7.3.3 Block RAM的宽度和深度组合 232

7.4 基于IP Core的Block RAM设计 234

7.4.1 双端口块RAM（Dual-PortBlockRAM） 234

7.4.2 使用IPCore生成双端口RAM 236

7.4.3 使用Memory Editor生成COE文件 241

7.5 时钟设计 243

7.5.1 数字延迟锁相环（DLL）应用设计 243

7.5.2 全局时钟网络应用设计 245

7.5.3 数字时钟管理器（DCM）应用设计 247

本章小结 249

思考题与习题 250

第8章 FPGA设计实践 251

8.1 FPGA最小系统板设计 251

8.1.1 Xilinx FPGA最小系统板设计 251

8.1.2 Altera FPGA最小系统板设计 254

8.1.3 BGA封装印制板设计 254

8.2.1 FPGA对LED数码管静态显示控制 260

8.2.2 FPGA对LED数码管动态显示控制 260

8.2 FPGA对LED显示器的控制 260

8.2.3 程序设计与仿真 261

8.3 FPGA对LCD显示器的控制 263

8.3.1 MDLS系列液晶显示模块 263

8.3.2 FPGA MDLS字符型液晶显示模块驱动电路 265

8.3.3 程序设计与仿真 266

8.4 ADC0809接口电路及程序设计 267

8.4.1 ADC0809与FPGA接口电路 267

8.4.2 ADC0809 VHDL采样控制程序 268

8.5 TLC5510接口电路及程序设计 271

8.5.1 TLC5510与FPGA接口电路 271

8.5.2 TLC5510VHDL采样控制程序设计 272

8.6.1 DAC0832接口电路设计 273

8.6 DAC0832接口电路及程序设计 273

8.6.2 DAC0832接口电路程序设计 274

8.7 TLC7524接口电路设计及程序设计 275

8.7.1 TLC7524接口电路设计 275

8.7.2 TLC7524接口电路程序设计 276

8.8 FPGA通用异步收发器设计 278

8.8.1 UART简介 278

8.8.2 FPGA UART系统组成 279

8.8.3 模块设计 279

8.8.4 程序设计与仿真 282

8.9 二进制振幅键控调制器与解调器设计 288

8.9.1 ASK调制方法 288

8.9.2 ASK解调方法 288

8.9.4 ASK调制VHDL程序及仿真 290

8.9.3 ASK调制方框图及电路符号 290

8.9.5 ASK解调方框图及电路符号 291

8.9.6 ASK解调VHDL程序及仿真 292

8.10 二进制频移键控调制器与解调器设计 294

8.10.1 FSK信号的产生 294

8.10.2 FSK信号的解调 295

8.10.3 FSK调制方框图及电路符号 296

8.10.4 FSK调制VHDL程序及仿真 297

8.10.5 FSK解调方框图及电路符号 299

8.10.6 FSK解调VHDL程序及仿真 299

8.11 二进制相位键控调制器与解调器设计 301

8.11.1 绝对调相和相对调相 301

8.11.2 CPSK信号的产生 302

8.11.3 DPSK信号的产生 303

8.11.4 DPSK信号的解调 304

8.11.5 CPSK调制程序方框图及电路符号 305

8.11.6 CPSK调制VHDL程序及仿真 305

8.11.7 CPSK解调方框图及电路符号 307

8.11.8 CPSK解调VHDL程序及仿真 307

8.11.9 DPSK调制方框图及电路符号 309

8.11.10 绝对码—相对码转换VHDL程序及仿真 309

8.11.11 相对码—绝对码转换方框图及电路符号 310

8.11.12 相对码—绝对码转换VHDL程序及仿真 311

8.12 多进制数字振幅调制（MASK）系统 312

8.12.1 多进制数字振幅调制（MASK） 312

8.12.2 MASK信号的产生 313

8.12.3 MASK调制电路VHDL程序与仿真 314

8.13 多进制数字频率调制（MFSK）系统 316

8.13.1 多进制数字频率调制（MFSK） 316

8.13.2 MFSK调制电路VHDL程序及仿真 317

8.14 多进制数字相位调制（MPSK）系统 321

8.14.1 多进制数字相位调制（MPSK） 321

8.14.2 4PSK信号 321

8.14.3 MPSK调制电路VHDL程序及仿真 323

8.14.4 MPSK解调电路VHDL程序及仿真 326

8.15 数字基带信号的传输码型发生器设计 329

8.15.1 常见的几种基带码 329

8.15.2 基带码发生器方框图及电路符号 332

8.15.3 基带码发生器VHDL程序与仿真 333

8.16 采用测频法的数字频率计 336

8.16.1 设计要求 336

8.16.2 系统组成 336

8.16.3 程序设计与仿真 337

8.17.2 测频原理及误差分析 342

8.17.1 设计要求 342

8.17 采用等精度测频原理的频率计 342

8.17.3 系统组成 343

8.17.4 程序与仿真 344

8.18 电子琴设计 347

8.18.1 设计要求 347

8.18.2 系统组成 347

8.18.3 模块设计 347

8.18.4 程序设计与仿真 348

8.19 自动升降电梯控制器设计 354

8.19.1 设计要求 354

8.19.2 系统组成 355

8.19.3 模块设计 356

8.19.4 程序设计与仿真 358

8.20.4 程序设计与仿真 364

8.20.3 模块设计 364

8.20 电子时钟设计 364

8.20.2 系统组成 364

8.20.1 设计要求 364

8.21 自动售货机控制系统设计 371

8.21.1 设计要求 371

8.21.2 系统组成 371

8.21.3 程序设计与仿真 371

8.22 出租车自动计价器设计 377

8.22.1 设计要求 377

8.22.2 系统组成 377

8.22.3 模块设计 377

8.22.4 程序设计与仿真 378

8.23.2 系统组成 381

8.23.1 设计要求 381

8.23 多功能波形发生器设计 381

8.23.3 模块设计 382

8.23.4 程序设计与仿真 383

8.24 步进电机定位控制系统设计 390

8.24.1 设计要求 390

8.24.2 系统组成 391

8.24.3 模块设计 392

8.24.4 程序设计与仿真 393

本章小结 396

思考题与习题 397

附录A 相关网址 398

附录B IC和FPGA专业术语的中英文对照 399

参考文献 412