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第1章 可编程逻辑器件及开发概述1

1.1 可编程逻辑器件简介1

1.1.1 可编程逻辑器件发展历程1

1.1.2 可编程逻辑器件特点2

1.2 可编程逻辑器件设计应用基础3

1.2.1 硬件描述语言3

1.2.2 可编程逻辑器件3

1.2.3 设计软件4

1.3 可编程逻辑器件开发流程4

1.4 可编程逻辑器件应用领域5

第2章 Quartus软件的使用7

2.1 原理图输入设计流程7

2.1.1 半加器的设计原理7

2.1.2 创建工程8

2.1.3 建立图形设计文件11

2.1.4 工程的编译13

2.1.5 引脚分配13

2.1.6 工程的下载验证13

2.2 硬件描述语言输入设计流程14

2.2.1 全加器的设计原理15

2.2.2 半加器的硬件描述语言程序15

2.2.3 创建工程16

2.2.4 输入半加器程序设计文件16

2.2.5 生成元件符号16

2.2.6 利用生成元件符号设计全加器电路16

2.3 宏功能模块（LPM）的调用18

2.3.1 存储器的初始化18

2.3.2 宏功能模块LPM-ROM的创建19

2.3.3 查看宏功能模块ROM的设计文件22

2.4 SignalTap Ⅱ嵌入式逻辑分析仪使用23

2.4.1 SignalTap Ⅱ嵌入式逻辑分析仪的设置23

2.4.2 编译下载25

2.4.3 信号波形的捕捉26

第3章 Verilog HDL简介28

3.1 Verilog HDL硬件描述语言概述28

3.2 Verilog HDL程序的构成28

3.2.1 二-十进制编码器及Verilog HDL描述28

3.2.2 Verilog HDL程序的基本构成30

3.3 Verilog HDL语法规则32

3.3.1 Verilog HDL文字规则32

3.3.2 数据对象34

3.3.3 运算符36

3.4 Verilog HDL中的语句36

3.4.1 并行语句36

3.4.2 顺序语句43

3.5 Modelsim仿真工具的使用48

3.5.1 程序中无宏功能模块的 Modelsim使用流程49

3.5.2 宏功能模块的Modelsim使用流程53

3.5.3 Testbench文件的编写57

第4章 有限状态机设计61

4.1 有限状态机设计简介61

4.1.1 有限状态机的特点及分类61

4.1.2 基于有限状态机的电路设计步骤61

4.2 Moore型有限状态机的设计62

4.3 Mealy型有限状态机的设计65

4.4 有限状态机设计举例：十字路口交通灯控制电路67

4.4.1 设计要求67

4.4.2 设计分析67

4.4.3 设计实现69

第5章 常用功能电路设计72

5.1 DDS电路72

5.1.1 DDS原理72

5.1.2 基于FPGA的DDS电路实现73

5.1.3 仿真与分析75

5.2 m序列信号产生电路76

5.2.1 m序列信号产生原理76

5.2.2 设计举例76

5.2.3 仿真与分析77

5.3 SPI接口电路78

5.3.1 SPI通信协议78

5.3.2 基于FPGA的SPI通信协议实现79

5.3.3 应用举例81

5.4 RAM存储器接口电路85

5.4.1 SRAM存储器85

5.4.2 基于双RAM乒乓操作的数据存储电路86

5.5 CRC校验电路94

5.5.1 CRC校验原理94

5.5.2 CRC校验码的编码原理95

5.5.3 基于FPGA的逐比特比较法求解CRC校验码设计实现96

5.5.4 仿真与分析97

5.6 LCD控制电路99

5.6.1 LCD简介99

5.6.2 基于FPGA的LCD控制电路设计103

5.7 VGA控制电路107

5.7.1 VGA简介107

5.7.2 扫描原理108

5.7.3 VGA控制时序108

5.7.4 数模转换芯片DAC ADV7123109

5.7.5 基于FPGA的VGA彩条控制电路设计109

第6章 应用设计实例115

6.1 温湿度采集及显示115

6.1.1 设计要求115

6.1.2 设计方案115

6.1.3 相关原理简介116

6.1.4 温湿度模块设计118

6.1.5 串口通信模块设计124

6.1.6 JAVA GUI设计127

6.1.7 系统测试130

6.2 频率计132

6.2.1 设计要求132

6.2.2 设计方案132

6.2.3 测频原理简介132

6.2.4 设计实现134

6.3 基于VGA显示的接球游戏140

6.3.1 设计要求140

6.3.2 设计分析140

6.3.3 VGA时序控制模块设计141

6.3.4 游戏逻辑产生模块设计144

6.3.5 游戏测试149

第7章 基于FPGA的图像采集处理系统151

7.1 设计内容151

7.2 图像采集模块152

7.2.1 图像捕捉模块153

7.2.2 I2C总线配置模块156

7.2.3 数据格式转换模块165

7.3 SDRAM控制模块170

7.4 VGA显示控制模块172

7.4.1 VGA显示原理172

7.4.2 VGA控制模块172

7.5 图像处理算法及实现175

7.5.1 图像的透明算法及实现176

7.5.2 图像灰度处理算法及实现181

7.5.3 图像降噪算法及实现183

7.5.4 边缘检测算法及实现189

第8章 基于触摸屏的电子相册设计193

8.1 设计要求193

8.2 相关内容简介193

8.2.1 LCD显示驱动芯片TPG110193

8.2.2 A／D转换器（AD7843）194

8.3 方案设计195

8.4 基于FPGA的各模块实现196

8.4.1 LCD串行控制模块196

8.4.2 ADC串行控制模块196

8.4.3 触摸检测模块204

8.4.4 FLASH到SDRAM控制模块206

8.4.5 4端口SDRAM控制模块212

8.4.6 LCD时序控制模块214

8.5 系统的测试219

8.5.1 LCD触摸屏与FPGA的连接219

8.5.2 FLASH中图片下载220

8.5.3 设计验证221

第9章 基于FPGA的调频调幅电源设计222

9.1 变频电源的技术分析222

9.1.1 SPWM调制技术222

9.1.2 SPWM控制方式222

9.2 变频电源硬件的总体设计223

9.3 基于FPGA的变频电源控制电路的设计224

9.3.1 变频电源数字控制电路224

9.3.2 SPWM波形的实现224

9.3.3 三路相位差120°的SPWM波形的生成231

9.3.4 DCPWM模块233

9.4 变频电源的性能测试及分析236

9.4.1 变频电源的性能236

9.4.2 变频电源测试结果及分析237

第10章 电子设计竞赛综合实例238

10.1 第十届全国大学生电子设计竞赛F题238

10.1.1 任务238

10.1.2 要求238

10.1.3 说明239

10.2 参考设计240

10.2.1 频率可调时钟产生电路240

10.2.2 m序列产生电路242

10.2.3 曼彻斯特码产生电路242

10.2.4 从曼彻斯特码提取已知频率的同步时钟的电路243

10.2.5 从曼彻斯特码中恢复数据的电路246

10.2.6 从曼彻斯特码提取未知频率的同步时钟的电路247

10.3 有源低通模拟滤波器的设计252

附录A DE2开发平台256

A.1 DE2板上资源及硬件布局256

A.2 DE2电路组成258

A.3 DE2平台的开发环境260

A.4 DE2平台的扩展接口261

A.5 DE2平台上EP2C35F672的引脚分配表261

附录B DE2-115开发平台273

B.1 DE2-115板上资源及硬件布局273

B.2 DE2-115平台上提供的资源273

B.3 DE2-115平台的扩展接口274

B.4 DE2-115平台的开发环境275

B.5 DE2-115平台上EP4CE115F29C7的引脚分配表275

参考文献282