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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 Ⅱ8.065

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A265

参考文献269