《EDA與數字系統設計(第2版)》根據電子技術基礎課程設計階段學時少、任務重的特點,將傳統電子技術課程設計內容與EDA技術有機結合,優化訓練和設計內容,以提高將EDA技術用于數學系統設計的能力為目的,深入淺出地對EDA技術和相關知識做了介紹。
《EDA與數字系統設計(第2版)》介紹了EDA的相關知識、數字系統設計的基本概念和MAX+plus2的使用練習,介紹了VHDL和VerilogHDL硬件描述語言,并給出了若干數字系統設計問題。全書內容共4章,附錄中給出了一些數字系統設計問題的VerilogHDL參考代碼。
《EDA與數字系統設計》可以作為工科電類或非電類專業的本科生以及電大學生的電子技術課程設計教材或選修課教材,也可供有關教師和工程技術人員參考。
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為適應新世紀人才培養的需要,培養學生利用計算機等先進設備進行電子設計自動化的能力,合理安排教學和訓練內容,使學生在最短的時間內,以最快的速度掌握EDA的基本方法,我們編寫了這本教材。希望通過本教材的學習,可以使學生掌握EDA的一般方法,學習專用EDA軟件的使用,并在有限的學時內完成數字系統設計課題。
在本教材的第1版中,使用的EDA仿真軟件是MAx+PLusⅡ,隨著EDA技術的飛速發展,Altera公司的第三代PLD開發系統MAx+PLusⅡ已經發展成為第四代PLD開發系統QuartusⅡ,它可以用于新器件和大規模CPLD/FPGA的設計,是目前進行CPLD/FPGA和結構化ASIC設計的最佳軟件,且非常容易使用。所以,在本書的第2版中,將主要使用Quar—tusⅡ軟件進行數字系統設計,為兼顧熟悉MAx+PLusⅡ的讀者,把相關MAx+PLUSⅡ的內容放到附錄A中。
VHDL和VerilogHDL是目前EDA設計中常用的兩種硬件描述語言,本教材對這兩種硬件描述語言分別用一章的內容進行介紹,并在QuartusⅡ設計中使用VHDL語言,在MAx+PLusⅡ設計中使用VerilogHDL語言,以供使用本教材的讀者選擇。
全書共分為四章。
緒論包括數字系統設計的基本概念、數字系統設計方法簡介、可編程邏輯器件簡介、EDA軟件的種類及各自的特點、硬件描述語言簡介以及本教材教學的要求。
第1章通過練習進行QuartusⅡ的使用訓練,練習題目是經過精心挑選的,只有完成這些練習,才能掌握QuartusⅡ軟件的使用方法、下載的特點,才有可能進一步完成設計題目。在此章的內容中,將出現一些簡單的VHDL語言進行的設計,讀者完全可以通過這些簡單練習掌握一般問題的VHDL設計,若需要對VHDL語言有進一步的了解,可以參考第2章的有關內容。
緒論
0.1 數字系統設計的基本概念
0.2 數字系統設計方法簡介
0.3 可編程邏輯器件簡介
0.4 EDA軟件種類及各自特點
0.5 硬件描述語言簡介
第1章 OuartusⅡ使用練習
1.1 QuartusⅡ概述
1.2 基于QuartusII的電路設計過程
1.3 計數器設計
1.4 掃描顯示電路
1.5 數字系統設計實例
第2章 VHDL硬件描述語言
2.1 VHDL概述
2.1.1 VHDL的特點
2.1.2 VHDL語言的基本結構
2.1.3 VHDL語言的實體(ENTITY)說明語句
2.1.4 VHDL語言的結構體(ARCHITECTURE)
2.1.5 程序包(PACKAGE)、庫(HBRARY)和USE語句
2.2 VHDL的數據類型和數據對象
2.2.1 VHDL的標記
2.2.2 VHDL的數據類型
2.2.3 VHDL的運算符
2.2.4 VHDL的數據對象
2.3 VHDL設計的基本語句
2.3.1 并行信號賦值語句
2.3.2 條件賦值語句WHEN-ELSE
2.3.3 選擇信號賦值語句WITH—SEIIECT
2.3.4 塊(BLOCK)語句
2.3.5 IF—ELSE語句
2.3.6 CASE.WHEN語句
2.3.7 FOR—LOOP語句
2.4 VHDL高級語句
2.4.1 進程(PROCESS)語句
2.4.2 元件(COMPONENT)定義語句和元件例化(PORTMAP)語句
2.4.3 生成(GENERATE)語句
2.4.4 子程序(SUBPROGRAM)
2.4.5 程序包的設計
2.5 VHDL設計實例
2.5.1 常見的組合邏輯電路設計
2.5.2 常見的時序邏輯電路設計
2.5.3 狀態機設計
第3章 VerilogHDL硬件描述語言
3.1 VerilogHDL概述
3.1.1 VerilogHDL的特點
3.1.2 VerilogHDL的基本結構
3.2 VerilogHDL語言要素
3.2.1 基本語法定義
3.2.2 數據類型
3.2.3 運算符
3.2.4 VerilogHDL編譯向導
3.2.5 系統任務與系統函數
3.3 VerilogHDL基本語句
3.3.1 賦值語句
3.3.2 條件語句
3.3.3 循環語句
3.3.4 塊語句
3.3.5 結構化語句
3.3.6 任務與函數
3.4 VerilogHDL門元件和結構描述
3.4.1 f門元件
3.4.2 門級結構描述舉例
3.4.3 VerilogHDL程序設計的描述方式
3.5 仿真驗證
3.6 可綜合性描述
3.7 設計實例
3.7.1 譯碼電路
3.7.2 編碼電路
3.7.3 數據分配器
3.7.4 同步計數器
3.7.5 移位寄存器
3.7.6 有限狀態機的設計
3.7.7 復雜邏輯電路設計
第4章 數字系統設計題目
4.1 多功能數字鐘的設計
4.1.1 設計要求
4.1.2 設計提示
4.2 數字式競賽搶答器
4.2.1 設計要求
4.2.2 設計提示
4.3 數字頻率計
4.3.1 設計要求
4.3.2 設計提示
4.4 拔河游戲機
4.4.1 設計要求
4.4.2 設計提示
4.5 洗衣機控制器
4.5.1 設計要求
4.5.2 設計提示
4.6 電子密碼鎖
4.6.1 設計要求
4.6.2 設計提示
4.7 脈沖按鍵電話按鍵顯示器
4.7.1 設計要求
4.7.2 設計提示
4.8 乘法器
4.8.1 設計要求
4.8.2 設計提示
4.9 乒乓球比賽游戲機
4.9.1 設計要求
4.9.2 設計提示
4.10 具有四種信號燈的交通燈控制器
4.10.1 設計要求
4.10.2 設計提示
4.11 出租車自動計費器
4.11.1 設計要求
4.11.2 設計提示
4.12 自動售郵票機
4.12.1 設計要求
4.12.2 設計提示
4.13 電梯控制器
4.13.1 設計要求
4.13.2 設計提示
附錄
附錄A MAX+PLUS使用練習
附錄B 部分數字系統設計VHDL參考代碼
B.1 多功能數字鐘主控電路
B.2 數字式競賽搶答器主控電路
B.3 洗衣機控制器主控電路
B.4 密碼鎖主控電路
B.5 乘法器主控電路
B.6 乒乓球比賽游戲機主控電路
B.7 具有四種信號燈的交通燈控制器主控電路
B.8 出租車自動計費器主控電路
B.9 自動售郵票機主控電路
B.10 電梯控制器主控電路
附錄C 部分數字系統設計VerilogHDL參考
代碼
C.1 多功能數字鐘主控電路
C.2 數字式競賽搶答器主控電路
C.3 洗衣機控制器主控電路
C.4 電子密碼鎖主控電路
C.5 乘法器主控電路
C.6 乒乓球比賽游戲機主控電路
C.7 具有四種信號燈的交通燈控制器主控電路
C.8 出租車自動計費器主控電路
C.9 自動售郵票機主控電路
C.10 電梯控制器主控電路
附錄D VHDL標準程序包文件
附錄E 開發板簡介
E.1 DE2開發板簡介
E.2 DE2中目標芯片與其他硬件資源的引腳連接
E.3 HF03型EDA實驗箱
E.4 HF03中目標芯片與其他硬件資源的引腳連接
參考文獻
緒論
0.1 數字系統設計的基本概念
目前,數字技術已滲透到科研、生產和人們日常生活的各個領域。從計算機到家用電器,從手機到數字電話,以及絕大部分新研制的醫用設備、軍用設備等,無不盡可能地采用了數字技術。
數字系統是對數字信息進行存儲、傳輸、處理的電子系統。
通常把門電路、觸發器等稱為邏輯器件。將由邏輯器件構成,能執行某單一功能的電路,如計數器、譯碼器、加法器等,稱為邏輯功能部件,把由邏輯功能部件組成的能實現復雜功能的數字電路稱為數字系統。復雜的數字系統可以分割成若干個子系統,例如計算機就是一個內部結構相當復雜的數字系統。
不論數字系統的復雜程度如何,規模大小怎樣,就其實質而言皆為邏輯問題,從組成上說,是由許多能夠進行各種邏輯操作的功能部件組成的,這類功能部件,可以是小規模集成電路(SSI)邏輯部件,也可以是各種中規模集成電路(MSI)邏輯部件、大規模集成電路(LSI)邏輯部件,甚至可以是CPU芯片。由于各功能部件之間的有機配合,協調工作,使數字電路成為統一的數字信息存儲、傳輸、處理的電子電路。
與數字系統相對應的是模擬系統,和模擬系統相比,數字系統具有工作穩定可靠,抗干擾能力強,便于大規模集成,易于實現小型化、模塊化等優點。
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