基于FPGA的数字系统设计与实践 / 电子信息科学与工程类专业规划教材
￥38.00定价
作者： 杨军
出版时间：2014年1月
出版社：电子工业出版社
- 电子工业出版社
- 9787121222610
- 1-1
- 77777
- 0047151519-7
- 平装
- 16开
- 2014年1月
- 448
- 280
- 工学
- 计算机科学与技术
- TP331.2
- 电子科学与技术
- 研究生、本科
内容简介
杨军、蔡光卉、黄倩、陈成编著的《基于FPGA的数字系统设计与实践》介绍了VHDL硬件描述语言以及使用该语言设计数字逻辑电路和数字系统的方法。全书共分为7章，第1～3章介绍了开发语言及项目开发环境；第4章介绍了常用基本数字逻辑器件的设计；第5章介绍了FPGA开发过程中常用设计方法；第6章介绍了F=PGA设计综合数字系统实例；第7章介绍了面向SOPC的FPGA开发实例。
《基于FPGA的数字系统设计与实践》内容分为基础篇和综合实践篇两部分，基础篇细致地讲解了FPGA开发过程中使用的硬件描述语言VHDL、设计软件Ouartus Ⅱ 8．0、专业仿真工具Modelsim 6．0的使用，并对设计综合实验平台、常用基本器件的设计做了介绍；为了帮助读者更好地理解和掌握相关理论知识，在综合实践篇中介绍了FPGA开发常用的设计方法，包括消除毛刺设计技巧、触发器、锁存器、时延电路、时钟设计等典型的基础入门实例，同时，提供了矩阵键盘扫描接口设计等4个综合设计实例，以及基于Avalon总线的PWM控制器等3个面向SOPC：的嵌入式项目开发实例。
本书的配套教学资源中包含了各章节的电子教案、习题参考答案，丰富的实例原图文件和程序源代码，以及程序执行步骤和结果分析。读者通过举一反三，即可轻松地将其应用于自己的工作和课题研究中。
本书适合高校计算机科学与技术、电子信息、电气工程及机电等相关专业的本科高年级学生、硕士研究生以及从事FPGA开发和应用行业的科研人员使用。
《基于FPGA的数字系统设计与实践》内容分为基础篇和综合实践篇两部分，基础篇细致地讲解了FPGA开发过程中使用的硬件描述语言VHDL、设计软件Ouartus Ⅱ 8．0、专业仿真工具Modelsim 6．0的使用，并对设计综合实验平台、常用基本器件的设计做了介绍；为了帮助读者更好地理解和掌握相关理论知识，在综合实践篇中介绍了FPGA开发常用的设计方法，包括消除毛刺设计技巧、触发器、锁存器、时延电路、时钟设计等典型的基础入门实例，同时，提供了矩阵键盘扫描接口设计等4个综合设计实例，以及基于Avalon总线的PWM控制器等3个面向SOPC：的嵌入式项目开发实例。
本书的配套教学资源中包含了各章节的电子教案、习题参考答案，丰富的实例原图文件和程序源代码，以及程序执行步骤和结果分析。读者通过举一反三，即可轻松地将其应用于自己的工作和课题研究中。
本书适合高校计算机科学与技术、电子信息、电气工程及机电等相关专业的本科高年级学生、硕士研究生以及从事FPGA开发和应用行业的科研人员使用。
目录
第1章 概述\t2
1.1 CPLD/ FPGA简介\t2
1.1.1 CPLD/FPGA的结构与工作原理\t2
1.1.2 CPLD/FPGA的发展趋势\t7
1.2 CPLD/FPGA产品概述\t7
1.2.1 Lattice的CPLD器件系列\t8
1.2.2 Xilinx的CPLD/FPGA器件系列\t9
1.2.3 Altera的CPLD/FPGA器件系列\t11
1.2.4 Altera的FPGA配置方式与配置器件\t14
习题与思考题\t15
第2章 VHDL语言基础\t16
2.1 硬件描述语言特点\t16
2.2 VHDL程序基本结构\t16
2.3 VHDL程序主要构件\t17
2.3.1 库\t18
2.3.2 实体\t18
2.3.3 结构体\t19
2.3.4 包集合\t20
2.3.5 配置\t21
2.4 VHDL数据类型\t23
2.4.1 标准数据类型\t23
2.4.2 IEEE定义的逻辑位与矢量\t24
2.4.3 用户自定义数据类型\t24
2.4.4 数据类型转换\t26
2.5 运算符\t26
2.5.1 算术运算符\t26
2.5.2 逻辑运算符\t26
2.5.3 关系运算符\t27
2.5.4 其他运算符\t27
2.5.5 运算优先级\t27
2.6 VHDL数据对象\t28
2.6.1 常量\t28
2.6.2 变量\t28
2.6.3 信号\t29
2.6.4 信号与变量的比较\t30
2.7 VHDL基本语句\t30
2.7.1 并行语句\t30
2.7.2 顺序语句\t37
2.7.3 属性描述语句\t42
2.8 测试基准\t44
2.9 其他语句和有关规定的说明\t45
2.9.1 命名规则和注解的标记\t45
2.9.2 ATTRIBUTE（属性）描述与定义\t46
2.9.3 GENERATE语句\t53
2.10 VHDL程序的其他构件\t56
2.10.1 块\t56
2.10.2 函数\t58
2.10.3 过程\t59
2.10.4 程序包\t60
2.11 结构体的描述方法\t62
习题与思考题\t63
第3章 项目开发环境介绍\t65
3.1 软件平台\t65
3.1.1 系统设计软件Quartus II 8.0\t65
3.1.2 ModelSim 6.0仿真工具\t66
3.1.3 Nios II IDE 8.0 软件集成环境\t67
3.2 硬件平台\t67
3.2.1 DE2平台介绍\t67
3.2.2 DE2板上资源及硬件布局\t69
3.2.3 DE2原理\t70
3.2.4 DE2平台的开发环境\t73
3.2.5 DE2开发板测试说明\t74
习题与思考题\t75
第4章 常用基本器件设计\t76
4.1 寄存器设计\t76
4.1.1 寄存器原理图设计\t76
4.1.2 寄存器工作原理\t76
4.1.3 寄存器程序描述\t77
4.1.4 寄存器仿真\t78
4.2 移位运算器设计\t78
4.2.1 移位运算器原理图设计\t78
4.2.2 移位运算器程序描述\t79
4.2.3 移位运算器仿真\t80
4.3 加减法运算器设计\t81
4.3.1 加减法单元原理图设计\t81
4.3.2 加减单元编码\t81
4.3.3 多位加减法单元连接\t82
4.3.4 加减法运算器原理图设计\t83
4.3.5 加减法运算器程序描述\t84
4.3.6 加减法运算器仿真\t87
4.4 乘法器设计\t88
4.4.1 乘法阵列原理图设计\t88
4.4.2 乘法阵列编码\t89
4.4.3 有符号数乘法运算器\t90
4.5 同步计数器设计\t93
4.5.1 设备同步工作\t93
4.5.2 程序计数器\t93
4.5.3 通用计数器\t95
4.6 节拍器设计\t98
4.6.1 节拍器电路设计\t98
4.6.2 节拍器程序描述\t98
4.6.3 节拍器工作原理\t101
4.7 译码器设计\t101
4.7.1 译码器电路设计\t101
4.7.2 译码器程序描述\t102
4.7.3 选择与通断控制电路\t103
4.8 标志线设计\t106
4.8.1 累加器标志线设计\t106
4.8.2 数据监测标志设计\t107
4.9 存储器设计\t107
4.9.1 地址译码器电路设计\t107
4.9.2 存储单元设计\t109
4.9.3 包含256个存储单元的存储器设计\t110
习题与思考题\t112
综合实践篇
第5章 FPGA开发常用设计方法\t114
5.1 消除毛刺\t114
5.2 几种逻辑器件及信号处理方法\t115
5.2.1 触发器及锁存器\t115
5.2.2 消除及置位信号处理\t117
5.3 FPGA中的同步设计\t118
5.4 FPGA时延电路产生及用法\t119
5.5 FPGA中的时钟设计\t121
5.5.1 全局时钟\t121
5.5.2 门控制时钟\t122
5.5.3 多级逻辑时钟\t124
5.5.4 行波时钟\t125
5.5.5 多时钟系统\t126
5.6 FPGA电路优化方法\t130
习题与思考题\t133
第6章 综合数字系统实例\t134
6.1 矩阵键盘扫描接口设计\t134
6.1.1 实例内容说明\t134
6.1.2 设计思路与原理\t134
6.1.3 程序设计与验证\t136
6.1.4 实例总结\t143
6.2 交通灯控制的设计\t144
6.2.1 实例内容说明\t144
6.2.2 设计思路与原理\t144
6.2.3 程序设计与注释\t145
6.2.4 实例总结\t152
6.3 6层电梯控制器的设计\t152
6.3.1 实例内容说明\t152
6.3.2 设计思路与原理\t152
6.3.3 程序设计与验证\t153
6.3.4 实例总结\t162
6.4 快速傅里叶变换FFT处理器的设计\t162
6.4.1 FFT算法特点\t162
6.4.2 旋转因子算法\t163
6.4.3 蝶形处理器\t165
6.4.4 实例总结\t168
习题与思考题\t168
第7章 面向SOPC的FPGA设计实例\t170
7.1 SOPC系统设计流程\t170
7.2 基于Avalon总线的PWM控制器\t171
7.2.1 实例介绍\t171
7.2.2 设计思路与原理\t171
7.2.3 硬件设计\t174
7.2.4 软件设计\t190
7.2.5 实例总结\t194
7.3 基于SOPC的SD卡音乐播放器\t194
7.3.1 实例介绍\t194
7.3.2 设计思路与原理\t194
7.3.3 硬件设计\t200
7.3.4 软件设计\t210
7.3.5 实例总结\t216
7.4 基于AES算法的实时加/解密系统\t216
7.4.1 实例介绍\t216
7.4.2 设计思路与原理\t217
7.4.3 硬件设计\t223
7.4.4 软件设计与综合测试\t255
7.4.5 实例总结\t264
习题与思考题\t264
附录A\t265
参考文献\t269
1.1 CPLD/ FPGA简介\t2
1.1.1 CPLD/FPGA的结构与工作原理\t2
1.1.2 CPLD/FPGA的发展趋势\t7
1.2 CPLD/FPGA产品概述\t7
1.2.1 Lattice的CPLD器件系列\t8
1.2.2 Xilinx的CPLD/FPGA器件系列\t9
1.2.3 Altera的CPLD/FPGA器件系列\t11
1.2.4 Altera的FPGA配置方式与配置器件\t14
习题与思考题\t15
第2章 VHDL语言基础\t16
2.1 硬件描述语言特点\t16
2.2 VHDL程序基本结构\t16
2.3 VHDL程序主要构件\t17
2.3.1 库\t18
2.3.2 实体\t18
2.3.3 结构体\t19
2.3.4 包集合\t20
2.3.5 配置\t21
2.4 VHDL数据类型\t23
2.4.1 标准数据类型\t23
2.4.2 IEEE定义的逻辑位与矢量\t24
2.4.3 用户自定义数据类型\t24
2.4.4 数据类型转换\t26
2.5 运算符\t26
2.5.1 算术运算符\t26
2.5.2 逻辑运算符\t26
2.5.3 关系运算符\t27
2.5.4 其他运算符\t27
2.5.5 运算优先级\t27
2.6 VHDL数据对象\t28
2.6.1 常量\t28
2.6.2 变量\t28
2.6.3 信号\t29
2.6.4 信号与变量的比较\t30
2.7 VHDL基本语句\t30
2.7.1 并行语句\t30
2.7.2 顺序语句\t37
2.7.3 属性描述语句\t42
2.8 测试基准\t44
2.9 其他语句和有关规定的说明\t45
2.9.1 命名规则和注解的标记\t45
2.9.2 ATTRIBUTE（属性）描述与定义\t46
2.9.3 GENERATE语句\t53
2.10 VHDL程序的其他构件\t56
2.10.1 块\t56
2.10.2 函数\t58
2.10.3 过程\t59
2.10.4 程序包\t60
2.11 结构体的描述方法\t62
习题与思考题\t63
第3章 项目开发环境介绍\t65
3.1 软件平台\t65
3.1.1 系统设计软件Quartus II 8.0\t65
3.1.2 ModelSim 6.0仿真工具\t66
3.1.3 Nios II IDE 8.0 软件集成环境\t67
3.2 硬件平台\t67
3.2.1 DE2平台介绍\t67
3.2.2 DE2板上资源及硬件布局\t69
3.2.3 DE2原理\t70
3.2.4 DE2平台的开发环境\t73
3.2.5 DE2开发板测试说明\t74
习题与思考题\t75
第4章 常用基本器件设计\t76
4.1 寄存器设计\t76
4.1.1 寄存器原理图设计\t76
4.1.2 寄存器工作原理\t76
4.1.3 寄存器程序描述\t77
4.1.4 寄存器仿真\t78
4.2 移位运算器设计\t78
4.2.1 移位运算器原理图设计\t78
4.2.2 移位运算器程序描述\t79
4.2.3 移位运算器仿真\t80
4.3 加减法运算器设计\t81
4.3.1 加减法单元原理图设计\t81
4.3.2 加减单元编码\t81
4.3.3 多位加减法单元连接\t82
4.3.4 加减法运算器原理图设计\t83
4.3.5 加减法运算器程序描述\t84
4.3.6 加减法运算器仿真\t87
4.4 乘法器设计\t88
4.4.1 乘法阵列原理图设计\t88
4.4.2 乘法阵列编码\t89
4.4.3 有符号数乘法运算器\t90
4.5 同步计数器设计\t93
4.5.1 设备同步工作\t93
4.5.2 程序计数器\t93
4.5.3 通用计数器\t95
4.6 节拍器设计\t98
4.6.1 节拍器电路设计\t98
4.6.2 节拍器程序描述\t98
4.6.3 节拍器工作原理\t101
4.7 译码器设计\t101
4.7.1 译码器电路设计\t101
4.7.2 译码器程序描述\t102
4.7.3 选择与通断控制电路\t103
4.8 标志线设计\t106
4.8.1 累加器标志线设计\t106
4.8.2 数据监测标志设计\t107
4.9 存储器设计\t107
4.9.1 地址译码器电路设计\t107
4.9.2 存储单元设计\t109
4.9.3 包含256个存储单元的存储器设计\t110
习题与思考题\t112
综合实践篇
第5章 FPGA开发常用设计方法\t114
5.1 消除毛刺\t114
5.2 几种逻辑器件及信号处理方法\t115
5.2.1 触发器及锁存器\t115
5.2.2 消除及置位信号处理\t117
5.3 FPGA中的同步设计\t118
5.4 FPGA时延电路产生及用法\t119
5.5 FPGA中的时钟设计\t121
5.5.1 全局时钟\t121
5.5.2 门控制时钟\t122
5.5.3 多级逻辑时钟\t124
5.5.4 行波时钟\t125
5.5.5 多时钟系统\t126
5.6 FPGA电路优化方法\t130
习题与思考题\t133
第6章 综合数字系统实例\t134
6.1 矩阵键盘扫描接口设计\t134
6.1.1 实例内容说明\t134
6.1.2 设计思路与原理\t134
6.1.3 程序设计与验证\t136
6.1.4 实例总结\t143
6.2 交通灯控制的设计\t144
6.2.1 实例内容说明\t144
6.2.2 设计思路与原理\t144
6.2.3 程序设计与注释\t145
6.2.4 实例总结\t152
6.3 6层电梯控制器的设计\t152
6.3.1 实例内容说明\t152
6.3.2 设计思路与原理\t152
6.3.3 程序设计与验证\t153
6.3.4 实例总结\t162
6.4 快速傅里叶变换FFT处理器的设计\t162
6.4.1 FFT算法特点\t162
6.4.2 旋转因子算法\t163
6.4.3 蝶形处理器\t165
6.4.4 实例总结\t168
习题与思考题\t168
第7章 面向SOPC的FPGA设计实例\t170
7.1 SOPC系统设计流程\t170
7.2 基于Avalon总线的PWM控制器\t171
7.2.1 实例介绍\t171
7.2.2 设计思路与原理\t171
7.2.3 硬件设计\t174
7.2.4 软件设计\t190
7.2.5 实例总结\t194
7.3 基于SOPC的SD卡音乐播放器\t194
7.3.1 实例介绍\t194
7.3.2 设计思路与原理\t194
7.3.3 硬件设计\t200
7.3.4 软件设计\t210
7.3.5 实例总结\t216
7.4 基于AES算法的实时加/解密系统\t216
7.4.1 实例介绍\t216
7.4.2 设计思路与原理\t217
7.4.3 硬件设计\t223
7.4.4 软件设计与综合测试\t255
7.4.5 实例总结\t264
习题与思考题\t264
附录A\t265
参考文献\t269
