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第1章 EDA概述1

1.1 EDA技术及其发展1

1.1.1 EDA技术的发展历程1

1.1.2 EDA技术的主要内容2

1.1.3 EDA技术的发展趋势3

1.2 硬件描述语言3

1.3 EDA技术的层次化设计方法与流程4

1.3.1 EDA技术的层次化设计方法4

1.3.2 基于EDA技术的数字逻辑系统设计流程6

1.4 EDA技术在“数字逻辑”课程中的应用9

1.5 EDA软件简介10

1.6 互联网上的EDA资源11

习题12

第2章 可编程逻辑基础13

2.1 可编程逻辑器件的发展历程及特点13

2.1.1 可编程逻辑器件的发展历程13

2.1.2 可编程逻辑器件的特点15

2.2 可编程逻辑器件的分类15

2.2.1 按集成度分类15

2.2.2 按编程特性分类16

2.2.3 按结构分类17

2.3 简单PLD原理18

2.3.1 PLD中阵列的表示方法18

2.3.2 PROM19

2.3.3 PLA器件20

2.3.4 PAL器件21

2.3.5 GAL器件21

2.4 CPLD23

2.4.1 CPLD的基本结构23

2.4.2 Altera公司MAX系列CPLD简介24

2.5 FPGA28

2.5.1 FPGA的基本结构28

2.5.2 Altera公司FPGA系列FLEX 10K器件的结构29

2.5.3 嵌入阵列块30

2.5.4 逻辑阵列块31

2.5.5 逻辑单元31

2.5.6 快速通道互连34

2.5.7 输入输出单元34

2.6 可编程逻辑器件的发展趋势35

2.6.1 下一代可编程逻辑器件硬件上的四大发展趋势36

2.6.2 下一代EDA开发软件的发展趋势39

2.7 Altera公司的CPLD/FPGA产品概述42

习题42

第3章 MAX+plus Ⅱ开发工具44

3.1 MAX+plus Ⅱ的主要特点44

3.2 MAX+plus Ⅱ软件设计流程45

3.2.1 设计输入45

3.2.2 设计处理48

3.2.3 设计校验50

3.2.4 器件编程52

3.2.5 联机求助52

3.3 MAX+plus Ⅱ在组合电路设计中的应用52

3.3.1 建立图形设计文件52

3.3.2 设计项目编译55

3.3.3 设计项目校验57

3.3.4 引脚锁定59

3.3.5 器件编程下载与硬件测试60

3.4 MAX+plus Ⅱ在时序逻辑电路设计中的应用60

3.4.1 设计输入60

3.4.2 设计项目校验61

3.4.3 引脚锁定62

3.4.4 器件编程下载与硬件测试62

3.5 参数可设置Altera宏功能模块的应用62

3.5.1 基于LPM_COUNTER的数控分频器设计63

3.5.2 基于LPM_ROM的4位乘法器设计65

3.5.3 基于Altera兆功能块的4位流水线加法器的设计67

3.6 MAX+plus Ⅱ设计实例72

3.7 实验86

实验3-1 原理图输入设计8位加法器86

实验3-2 4-16线译码器的EDA设计87

实验3-3 计数器的EDA设计88

实验3-4 原理图输入设计M=100十进制加法计数器88

实验3-5 M序列脉冲发生器设计90

习题90

第4章 VHDL设计基础92

4.1 VHDL的基本组成92

4.1.1 实体92

4.1.2 结构体95

4.1.3 程序包98

4.1.4 库99

4.1.5 配置100

4.2 VHDL语言的基本要素103

4.2.1 VHDL语言的标识符103

4.2.2 VHDL语言的客体104

4.2.3 VHDL语言的数据类型106

4.2.4 VHDL语言的运算操作符111

4.3 VHDL语言的基本语句113

4.3.1 顺序描述语句113

4.3.2 并行语句121

4.4 常见组合逻辑电路的VHDL设计130

4.4.1 基本门电路设计131

4.4.2 编码器、译码器、选择器132

4.4.3 加法器137

4.4.4 数值比较器138

4.4.5 算术逻辑运算器139

4.5 常见时序逻辑电路的VHDL设计141

4.5.1 触发器141

4.5.2 锁存器和寄存器144

4.5.3 计数器147

4.6 基于VHDL设计方法综合举例151

4.6.1 移位相加8位乘法器的VHDL设计151

4.6.2 序列计数器的设计154

4.6.3 简易数字钟的设计155

4.7 实验158

实验4-1 应用VHDL完成简单组合电路设计158

实验4-2 应用VHDL完成简单时序电路设计159

实验4-3 设计含计数使能、异步复位和计数值并行预置功能的4位加法计数器159

实验4-4 设计移位运算器160

实验4-5 循环冗余校验模块设计161

习题162

第5章 Quartus Ⅱ开发系统166

5.1 Quartus Ⅱ简介166

5.1.1 Quartus Ⅱ的特点166

5.1.2 Quartus Ⅱ系统安装许可与技术支持172

5.1.3 Quartus Ⅱ设计流程172

5.2 Quartus Ⅱ设计入门183

5.2.1 Quartus Ⅱ的启动184

5.2.2 设计输入187

5.2.3 编译综合191

5.2.4 仿真测试192

5.2.5 硬件测试195

5.3 Quartus Ⅱ设计技巧197

5.3.1 基于原理图输入的数字逻辑电路的Quartus Ⅱ设计197

5.3.2 基于VHDL文本输入的数字逻辑电路的Quartus Ⅱ设计210

5.3.3 基于LPM可定制宏功能模块的数字逻辑电路的Quartus Ⅱ设计219

5.3.4 基于混合输入方式的数字逻辑电路的Quartus Ⅱ设计228

5.4 实验233

实验5-1 Quartus Ⅱ原理图输入设计法233

实验5-2 Quartus Ⅱ的VHDL文本输入设计法233

实验5-3 8位流水加法器的EDA设计234

实验5-4 Quartus Ⅱ设计正弦信号发生器235

实验5-5 用EP1C6Q240C8器件设计一个4位十进制数字显示的频率计电路236

习题237

第6章 数字系统的EDA设计239

6.1 数字系统的EDA层次化设计方法240

6.1.1 设计的层次240

6.1.2 自顶向下方法的含义242

6.1.3 自底向上方法的含义243

6.2 数字钟的EDA设计243

6.2.1 设计要求243

6.2.2 功能描述244

6.2.3 数字钟的层次化设计方案244

6.2.4 数字钟的顶层设计和仿真250

6.2.5 硬件测试250

6.3 数字式频率计的EDA设计252

6.3.1 设计要求252

6.3.2 原理描述252

6.3.3 频率计的层次化设计方案253

6.3.4 频率计电路项层原理图的设计和仿真258

6.3.5 硬件测试259

6.4 乐曲硬件演奏电路EDA设计260

6.4.1 设计要求260

6.4.2 原理描述260

6.4.3 乐曲硬件演奏电路的层次化设计方案261

6.4.4 乐曲硬件演奏电路顶层电路的设计和仿真265

6.4.5 硬件测试266

6.5 基于流水线技术的数字相关器EDA设计267

6.5.1 设计要求267

6.5.2 原理说明267

6.5.3 数字相关器电路的层次化设计269

6.5.4 编译设计和时序仿真271

6.5.5 性能分析271

6.6 红绿灯交通信号控制器EDA设计271

6.6.1 设计要求271

6.6.2 系统组成271

6.6.3 红绿灯交通信号控制器的层次化设计方案272

6.6.4 红绿灯交通信号控制器顶层电路的设计和仿真278

6.6.5 硬件测试280

6.7 出租车自动计费器EDA设计280

6.7.1 设计要求280

6.7.2 原理描述281

6.7.3 层次化设计方案281

6.7.4 出租车自动计费器顶层电路的设计和仿真285

6.7.5 硬件测试286

6.8 多功能算术逻辑运算单元的EDA设计286

6.8.1 设计要求286

6.8.2 原理描述287

6.8.3 多功能算术逻辑运算单元层次化设计方案288

6.8.4 多功能算术逻辑运算单元的顶层设计和仿真289

6.8.5 硬件测试290

6.9 MTI雷达三脉冲可变结构的数字对消器的EDA设计291

6.9.1 设计要求291

6.9.2 原理描述292

6.9.3 三脉冲可变结构对消器层次化设计方案293

6.9.4 三脉冲可变结构对消器的顶层电路设计和仿真297

6.10 数字系统设计课题选编298

6.10.1 数字系统设计课题一 多功能运算器EDA设计298

6.10.2 数字系统设计课题二 时序发生器EDA设计299

6.10.3 数字系统设计课题三 设计一个具有3种信号灯的交通信号控制系统301

6.10.4 数字系统设计课题四 设计一个基于FPGA芯片的弹道计时器303

6.10.5 数字系统设计课题五 设计一个基于FPGA芯片的汽车尾灯控制器305

6.10.6 数字系统设计课题六 数字密码锁EDA设计307

6.10.7 数字系统设计课题七 电梯控制器VHDL设计309

6.10.8 数字系统设计课题八 自动售饮料控制器VHDL设计311

6.10.9 数字系统设计课题九 电子抢答器EDA设计312

6.10.10 数字系统设计课题十 简易微处理器的VHDL设计314

附录A GW48EDA系统使用说明320

A.1 概述320

A.2 实验电路结构图320

附录B 电子资源说明334

参考文献335