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第一篇　基础知识篇2

第1章　CPLD/FPGA硬件结构知识2

1.1 CPLD/FPGA概述2

1.1.1 CPLD/FPGA的特点2

1.1.2 CPLD/FPGA的发展方向4

1.1.3 CPLD/FPGA的应用领域5

1.2 CPLD体系结构6

1.2.1 CPLD的基本结构6

1.2.2　CPLD的结构特点8

1.2.3 CPLD编程工艺9

1.3　FPGA体系结构10

1.3.1 FPGA基本结构10

1.3.2 FPGA的结构特点13

1.3.3 FPGA的编程工艺14

1.4 CPLD/FPGA常用芯片14

1.4.1 Altera芯片14

1.4.2 Xilinx芯片16

1.5 CPLD/FPGA的选用17

1.6　本章小结20

第2章　VHDL编程知识21

2.1 系统的表示方法和硬件描述语言21

2.2 VHDL的语言结构与语言要素23

2.2.1 实体说明25

2.2.2　构造体27

2.2.3 VHDL语言要素30

2.2.4 VHDL顺序语句与并发语句42

2.2.5　描述方式54

2.3 组合逻辑电路的VHDL实现58

2.3.1 简单门电路58

2.3.2　译码器、编码器和选择器60

2.3.3　加法器、乘法器和除法器69

2.3.4　三态门和总线缓冲器76

2.4　时序逻辑电路的VHDL实现77

2.4.1　锁存器、触发器77

2.4.2　寄存器79

2.4.3　计数器81

2.5 状态机的VHDL实现90

2.5.1　状态机的结构和功能90

2.5.2　状态机的VHDL模型91

2.6 存储器的VHDL实现98

2.6.1 ROM和RAM98

2 6 2 FIFO102

第3章　Verilog与System C编程107

3.1 Verilog HDL编程基础107

3.1.1 Verilog与VHDL的比较107

3.1.2 Verilog程序结构108

3.1.3　简单的Verilog组合逻辑设计108

3.1.4 简单Verilog时序逻辑电路的设计109

3.1.5　Verilog有限状态机110

3.2　System C编程基础112

3.2.1　System C的基本类库112

3.2.2　System C描述举例115

第4章　CPLD/FPGA常用开发工具116

4.1　集成开发工具MAX+plus Ⅱ116

4.1.1 功能与菜单说明116

4.1.2　MAX+plusⅡ设计过程120

4.1.3　MAX+plusⅡ综合设计选择项135

4.2　集成开发工具Xilinx Foundation147

4.2.1　Foundation简介147

4.2.2　Foundation设计流程简介148

4.3 集成开发软件Xilinx ISE149

4.4　硬件开发工具Quartus Ⅱ151

4.4.1　QuartusⅡ功能与使用说明151

4.4.2　QuartusⅡ设计流程154

4.4.3　QuartusⅡ设计输入154

4.4.4　QuartusⅡ编译157

4.4.5　QuartusⅡ定时分析、仿真与器件编程159

4.5　本章小结161

第二篇　常用模块设计实例篇164

第5章　基本门逻辑实例模块设计164

5.1　实例说明164

5.2　硬件电路结构图165

5.2.1 与门165

5.2.2　或门165

5.2.3　与或非衍变的逻辑门166

5.3　软件设计166

5.3.1　VHDL编程166

5.3.2 时序仿真169

5.4 实例总结170

第6章　编码器实例模块设计171

6.1　实例说明171

6.2　硬件电路结构图172

6.2.1　8线／3线优先编码器74LS148172

6.2.2　16线／4线优先编码器172

6.3　软件设计173

6.3.1　VHDL编程173

6.3.2　时序仿真176

6.4　实例总结177

第7章　译码器实例模块设计178

7.1 实例说明178

7.2　硬件电路结构图179

7.2.1　3线／8线译码器74LS138179

7.2.2　4线／16线译码器179

7.2.3　BCD-七段译码器SN7488180

7.2.4　LED显示译码器MC14495181

7.3　软件设计182

7.3.1　VHDL编程182

7.3.2 时序仿真185

7.4　实例总结186

第8章　选择器实例模块设计187

8.1　实例说明187

8.2　硬件电路结构图188

8.2.1　2选1电路188

8.2.2　3选1电路188

8.2.3　4选1电路189

8.3　软件设计189

8.3.1 VHDL编程189

8.3.2 时序仿真192

8.4　实例总结194

第9章　运算器实例模块设计195

9.1　实例说明195

9.2　硬件电路结构图195

9.2.1　加法器195

9.2.2　乘法器197

9.2.3 除法器198

9.3　软件设计198

9.3.1 VHDL编程198

9.3.2　时序仿真206

9.4　实例总结209

第10章　移位寄存器实例模块设计210

10.1 实例说明210

10.2　硬件电路结构图211

10.2.1　循环移位寄存器211

10.2.2　串入串出移位寄存器211

10.3　软件设计212

10.3.1 VHDL编程212

10.3.2　时序仿真216

10.4　实例总结218

第11章　计数器实例模块设计219

11.1 实例说明219

11.2　硬件电路结构图220

11.2.1　8位二进制计数器220

11.2.2　8位扩展16位二进制计数器221

11.2.3　六进制约翰逊计数器221

11.2.4　六十进制计数器222

11.3　软件设计223

11.3.1 VHDL编程223

11.3.2 时序仿真232

11.4　实例总结233

第12章　状态机实例模块设计234

12.1 实例说明234

12.2　电路状态转移图235

12.2.1 有限状态机235

12.2.2　基于状态机的AD数模转换电路236

12.2.3　基于状态机的序列检测器237

12.3　软件设计238

12.3.1 VHDL编程238

12.3.2　时序仿真245

12.4　实例总结247

第13章　FIFO实例模块设计248

13.1　实例说明248

13.2　硬件电路结构图248

13.2.1 堆栈248

13.2.2 双口RAM249

13.3　软件设计250

13.3.1 VHDL编程250

13.3.2　时序仿真255

13.4 实例总结257

第14章　存储器实例模块设计258

14.1　实例说明258

14.2　硬件电路结构图259

14.2.1 ROM只读存储器260

14.2.2　RAM随机存储器261

14.3 软件设计262

14.3.1　VHDL编程262

14.3.2　时序仿真268

14.4 实例总结269

第15章　锁存器实例模块设计270

15.1　实例说明270

15.2　硬件电路结构图271

15.2.1　D锁存器271

15.2.2　三态锁存器271

15.2.3　D触发器271

15.3　软件设计272

15.3.1 VHDL编程272

15.3.2 时序仿真275

15.4　实例总结276

第16章　频率合成器实例模块设计277

16.1　实例说明277

16.2　硬件电路结构图278

16.2.1　24位DDS频率合成器278

16.2.2　32位DDS频率合成器279

16.3　软件设计279

16.3.1　VHDL编程279

16.3.2　时序仿真285

16.4　实例总结287

第17章　分频器实例模块设计288

17.1 实例说明288

17.2　硬件电路结构图288

17.2.1　半整数分频器288

17.2.2　偶数与奇数分频器289

17.3　软件设计289

17.3.1 VHDL编程289

17.3.2　时序仿真294

17.4　实例总结295

第18章　脉冲控制器实例模块设计296

18.1 实例说明296

18.2　硬件电路结构图296

18.2.1　并行脉冲控制296

18.2.2　交通信号控制297

18.2.3　电压脉冲控制298

18.3　软件设计301

18.3.1　VHDL编程301

18.3.2　时序仿真309

18.4　实例总结311

第三篇　综合系统设计实例篇314

第19章　信号调制通信系统设计实例314

19.1　实例内容说明314

19.2　系统硬件电路设计316

19.2.1　分频器与数据选择器316

19.2.2　m序列产生器316

19.2.3　正弦波信号317

19.2.4　FSK/PSK信号调制器318

19.3　系统软件设计318

19.3.1 VHDL编程318

19.3.2　时序仿真328

19.4　系统仿真和调试328

19.4.1　弹跳消除电路328

19.4.2　输出波形的观察330

19.5 实例总结330

第20章　FPGA语音通信平台设计实例331

20.1　实例内容说明331

20.2　系统硬件电路设计331

20.2.1　语音采集331

20.2.2　硬件电子琴333

20.2.3　语音通信电路335

20.2.4　语音播放平台336

20.3　系统软件设计337

20.3.1　VHDL编程337

20.3.2　时序仿真359

20.4　系统调试360

20.4.1　硬件电子琴电路的调试360

20.4.2　语音通信电路的调试360

20.5　实例总结362

第21章　USB接口应用系统设计实例363

21.1　实例内容说明363

21.2　系统硬件电路设计364

21.2.1　USB主从系统364

21.2.2　USB接口芯片367

21.2.3　USB与FPGA互连370

21.3　系统软件设计370

21.3.1　VHDL编程370

21.3.2　USB固件设计381

21.4　系统调试390

21.5　实例总结393

第22章　FPGA视频处理系统设计实例394

22.1 实例内容说明394

22.2　系统硬件电路设计395

22.2.1　双处理系统395

22.2.2　视频采集模块397

22.3　系统软件设计400

22.3.1 视频数据采集VHDL编程400

22.3.2　视频数据压缩处理403

22.3.3　时序仿真422

22.4　系统调试423

22.5 实例总结424

附录A CPLD/FPGA术语汇编425

附录B 常用FPGA的端口资源433