高等院校电子信息科学与工程规划教材 EDA技术与VHDL 第5版 作者：潘松，黄继业编著出版时间： 2017年版丛编项： 高等院校电子信息科学与工程规划教材内容简介 本书系统地介绍了EDA 技术和VHDL 硬件描述语言，将VHDL 的基础知识、编程技巧和实用方法与实际工程开发技术在Quartus II 13.1 上很好地结合起来，使读者通过本书的学习能迅速了解并掌握EDA技术的基本理论和工程开发实用技术，为后续的深入学习和发展打下坚实的理论与实践基础。 作者依据高校课堂教学和实验操作的规律与要求，并以提高学生的实际工程设计能力和自主创新能力为目的，合理编排全书内容。全书共分为8 个部分：EDA 技术的概述、VHDL 语法知识及其实用技术、Quartus II 及LPM 宏模块的详细使用方法、有限状态机设计技术、16 位实用CPU 设计技术及创新实践项目、基于ModelSim 的Test Bench 仿真技术、以及基于MATLAB 和DSP Builder 平台的EDA 设计技术及大量实用系统设计示例。除个别章节外，其他章节都安排了相应的习题和大量针对性强的实验与设计项目。书中列举的VHDL 示例都已经编译通过或经硬件测试通过。 本书主要用于高等院校本、专科的EDA 技术和VHDL 语言基础课，推荐作为电子工程、通信、工业自动化、计算机应用技术、电子对抗、仪器仪表、数字信号或图像处理等学科专业和相关实验指导课的教材用书或主要参考书，同时也可作为电子设计竞赛、FPGA 开发应用的自学参考书。 与此教材配套的还有 CAI 教学课件、实验指导课件、实验源程序，以及与实验设计项目相关的详细技术资料等，读者都可免费索取。目录第 1 章 EDA 技术概述 1 11 EDA 技术 1 12 EDA 技术应用对象 2 13 常用的硬件描述语言 4 14 EDA 技术的优势 5 15 面向FPGA 和CPLD 的开发流程 6 151 设计输入 7 152 综合 7 153 适配（布线布局） 9 154 仿真 9 155 RTL 描述 10 16 可编程逻辑器件 10 161 PLD 的分类 11 162 PROM 可编程原理 12 163 GAL 14 17 CPLD 的结构与可编程原理 15 18 FPGA 的结构与工作原理 18 181 查找表逻辑结构 18 182 Cyclone 4E 系列器件的结构原理 18 183 内嵌Flash 的FPGA 器件 21 19 硬件测试技术 21 191 内部逻辑测试 21 192 JTAG 边界扫描测试 22 110 编程与配置 22 111 Quartus II 23 112 IP 核 25 113 EDA 的发展趋势 25 习题 27 第2 章程序结构与数据对象 28 21 VHDL 程序结构 28 22 VHDL 程序基本构建 30 221 实体和端口模式 30 222 结构体 31 223 库和库的种类 32 224 库和程序包的调用方法 34 225 配置 35 23 VHDL 文字规则 36 231 数字 36 232 字符串 36 233 关键词 37 234 标识符及其表述规则 37 235 文件取名和存盘 38 236 规范的程序书写格式 38 24 VHDL 数据对象 39 241 常数 39 242 变量 39 243 信号 40 习题 42 第3 章数据类型与顺序语句 43 31 VHDL 数据类型 43 311 BIT 和BIT_VECTOR 类型 44 312 STD_LOGIC 和STD_LOGIC_VECTOR 类型 44 313 整数类型INTEGER 46 314 布尔数据类型BOOLEAN 47 315 SIGNED 和UNSIGNED 类型 47 316 其他预定义类型 49 317 数据类型转换函数 50 32 常用顺序语句 52 321 赋值语句 52 322 CASE 语句 53 323 PROCESS 语句 54 324 并置操作符& 55 325 IF 语句 56 33 IF 语句使用示例 57 331 D 触发器的VHDL 描述 57 332 含异步复位和时钟使能D 触发器的描述 60 333 基本锁存器的描述 60 334 含清零控制锁存器的描述 62 335 实现时序电路的不同表述方式 63 336 4 位二进制加法计数器设计 64 337 计数器更常用的VHDL 表达方式 65 338 设计一个实用计数器 67 339 含同步并行预置功能的8 位移位寄存器设计 69 3310 优先编码器设计 70 34 VHDL 其他顺序语句 71 341 LOOP 循环语句 72 342 NEXT 语句 72 343 EXIT 语句 73 344 WAIT 语句 74 345 GENERIC 参数定义语句 77 346 REPORT 语句 77 347 断言语句 78 348 端口数据含1 个数的统计电路模块设计 80 习题 81 第4 章时序仿真与硬件实现 83 41 代码编辑输入和系统编译 83 411 编辑和输入设计文件 83 412 创建工程 84 413 约束项目设置 85 414 全程综合与编译 87 415 RTL 图观察器应用 88 42 时序仿真 89 43 硬件测试 91 431 引脚锁定 92 432 编译文件下载 93 433 通过JTAG 口对配置芯片进行间接编程 95 434 USB-Blaster 驱动程序安装方法 96 44 电路原理图设计流程 96 441 设计一个半加器 96 442 完成全加器顶层设计 98 443 对全加器进行时序仿真和硬件测试 99 45 利用属性表述实现引脚锁定 100 46 SignalTap II 的用法 101 47 编辑SignalTap II 的触发信号 106 48 安装Quartus II 131 说明 106 习题 111 实验与设计 112 实验4-1 多路选择器设计实验 112 实验4-2 十六进制7 段数码显示译码器设计 112 实验4-3 应用宏模块设计数字频率计 114 实验4-4 计数器设计实验 117实验4-5 数码扫描显示电路设计 118 实验4-6 硬件消抖动电路设计 118 实验4-7 串行静态显示控制电路设计 119 第5 章并行语句 121 51 并行信号赋值语句 121 511 简单信号赋值语句 121 512 条件信号赋值语句 122 513 选择信号赋值语句 123 514 块语句 124 515 元件例化语句 124 516 例化语句应用示例 125 517 生成语句 127 518 GENERIC 参数传递映射语句及其使用方法 129 519 数据类型定义语句 131 5110 VHDL 的存储器描述 134 5111 信号属性及属性函数 136 52 VHDL 运算操作符 138 521 逻辑操作符 138 522 关系操作符 140 523 算术操作符 141 524 省略赋值操作符 144 53 keep 属性应用 145 54 SignalProbe 使用方法 146 习题 148 实验与设计 149 实验5-1 8 位加法器设计实验 149 实验5-2 高速硬件除法器设计 149 实验5-3 移位相加型8 位硬件乘法器设计 150 实验5-4 基于VHDL 代码的频率计设计 150 实验5-5 VGA 彩条信号显示控制电路设计 152 实验5-6 不同类型的移位寄存器设计实验 156 第6 章 LPM宏模块使用方法 157 61 调用计数器宏模块示例 157 611 计数器LPM 模块文本代码的调用 157 612 LPM 计数器代码与参数传递语句应用 159 613 创建工程与仿真测试 160 62 利用属性控制乘法器构建的示例 161 63 LPM_RAM 宏模块用法 162 631 初始化文件及其生成 162 632 LPM_RAM 的设置与调用 164 633 测试LPM_RAM 166 634 用VHDL 代码描述存储器以及用初始化文件加载表述 166 64 LPM_ROM 使用示例 168 641 简易正弦信号发生器设计 168 642 正弦信号发生器硬件实现和测试 169 65 在系统存储器数据读写编辑器应用 171 66 LPM 嵌入式锁相环调用 172 661 建立嵌入式锁相环元件 172 662 测试锁相环 175 67 In-System Sources and Probes Editor 用法 175 68 DDS 实现原理与应用 178 681 DDS 原理 178 682 DDS 信号发生器设计示例 180 习题 181 实验与设计 181 实验6-1 查表式硬件运算器设计 181 实验6-2 正弦信号发生器设计 182 实验6-3 简易逻辑分析仪设计 182 实验6-4 DDS 正弦信号发生器设计 183 实验6-5 移相信号发生器设计 184 实验6-6 VGA 简单图像显示控制模块设计 185 实验6-7 AM 幅度调制信号发生器设计 186 第7 章 VHDL 设计深入 188 71 进程中的信号赋值与变量赋值 188 72 含高阻输出的电路设计 192 721 三态门设计 192 722 双向端口的设计方法 193 723 三态总线电路设计 195 73 资源优化 196 731 资源共享 197 732 逻辑优化 198 733 串行化 199 74 速度优化 200 741 流水线设计 201 742 关键路径法 203 75 仿真延时 204 751 固有延时 204 752 传输延时 205 753 仿真δ 205 习题 206 实验与设计 207 实验7-1 4X4 阵列键盘键信号检测电路设计 207 实验7-2 乐曲硬件演奏电路设计 207 实验7-3 PS2 键盘控制模型电子琴电路设计 210 实验7-4 直流电机综合测控系统设计 213 实验7-5 VGA 动画图像显示控制电路设计 215 第8 章状态机设计技术 216 81 VHDL 状态机的一般形式 216 811 状态机的特点与优势 216 812 VHDL 状态机的一般结构 217 813 状态机设计初始约束与表述 220 82 Moore 型状态机的设计 221 821 多进程状态机 222 822 序列检测器之状态机设计 225 83 Mealy 型状态机的设计 226 84 状态编码 230 841 直接输出型编码 230 842 顺序编码 232 843 一位热码状态编码 232 844 状态编码设置 233 85 安全状态机设计 234 851 程序直接导引法 235 852 状态编码监测法 235 853 借助EDA 优化控制工具生成安全状态机 236 习题 236 实验与设计 236 实验8-1 序列检测器设计 236 实验8-2 并行ADC 采样控制电路实现与硬件验证 237 实验8-3 数据采集模块设计 238 实验8-4 五功能智能逻辑笔设计 239 实验8-5 串行ADC/DAC 采样或信号输出控制电路设计 240 第9 章 16 位CPU 创新设计 241 91 KX9016 的结构与特色 241 92 KX9016 基本硬件系统设计 244 921 单步节拍发生模块 244 922 运算器 244 923 比较器 245 924 基本寄存器与寄存器阵列组 246 925 移位器 250 926 程序与数据存储器 251 93 KX9016v1 指令系统设计 251 931 指令格式 251 932 指令操作码 252 933 软件程序设计实例 254 934 KX9016 v1 控制器设计 255 935 指令设计实例详解 259 94 KX9016 的时序仿真与硬件测试 260 941 时序仿真与指令执行波形分析 260 942 CPU 工作情况的硬件测试 262 95 KX9016 应用程序设计实例和系统优化 264 951 乘法算法及其硬件实现 264 952 除法算法及其硬件实现 265 953 KX9016v1 的硬件系统优化 266 习题 267 实验与设计 268 实验9-1 16 位CPU 验证性设计综合实验 268 实验9-2 新指令设计及程序测试实验 268 实验9-3 16 位CPU 的优化设计与创新 269 第10 章 VHDL 仿真和语句补充 271 101 VHDL 仿真流程 272 102 VHDL 测试基准实例 274 103 VHDL Test Bench 测试流程 276 104 VHDL 子程序 278 1041 函数 278 1042 重载函数 281 1043 决断函数 283 1044 过程 284 1045 重载过程 286 1046 子程序调用语句 286 1047 RETURN 语句 288 1048 并行过程调用语句 289 105 VHDL 程序包 291 习题 293 实验与设计 294 实验10-1 在ModelSim 上对VHDL Test Bench 进行仿真 294 第11 章 DSP Builder 系统设计方法 295 111 MATLAB/DSP Builder 及其设计流程 295 112 正弦信号发生器设计 297 1121 建立设计模型 298 1122 Simulink 模型仿真 304 1123 SignalCompiler 使用方法 307 1124 使用ModelSim 进行RTL 级仿真 308 1125 使用Quartus II 实现时序仿真 310 1126 硬件测试与硬件实现 310 113 DSP Builder 层次化设计 311 114 基于DSP Builder 的DDS 设计 314 1141 DDS 模块设计 314 1142 FSK 调制器设计 316 1143 正交信号发生器设计 318 1144 数控移相信号发生器设计 318 1145 幅度调制信号发生器设计 318 115 HIL 硬件测试 320 习题 324 实验与设计 325 实验11-1 利用MATLAB/DSP Builder 设计基本电路模块 325 实验11-2 基于DSP Builder 的DDS 应用模型设计 326 实验11-3 HIL 硬件环仿真实验 327 第12 章 DSP Builder 设计深入 329 121 FIR 数字滤波器设计 329 1211 FIR 滤波器原理 329 1212 使用DSP Builder 设计FIR 滤波器 330 1213 使用MATLAB 的滤波器设计工具 334 1214 使用FIR IP Core 设计FIR 滤波器 340 122 HDL 模块插入仿真及其设计 343 习题 346 实验与设计 347 实验12-1 FIR 数字滤波器设计实验 347 实验12-2 调制解调模块设计实验 348 实验12-3 HDL Import 模块应用实验 348 附录A EDA 开发系统及相关电路与表格 349 A1 KX_CDS 系列EDA/SOPC 系统 350 A2 部分实验扩展模块 354 A3 mif 文件生成器使用方法 355 A4 核心板FPGA 扩展至KX_CDS 系统对照表 357 A5 多功能重配置结构可切换的部分实验电路图 359 上一篇: 高等院校电子信息科学与工程规划教材 EDA技术与Verilog HDL 第3版 黄继业，陈龙，潘松 编著 2017 下一篇: 一学就会的130个电子制作实例 张校铭 主编 2017年版
