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第一部分 逻辑设计基础3

第1章 逻辑设计概述及Vivado基础3

1.1逻辑设计概况3

1.2 Verilog HDL语言基础6

1.2.1硬件描述语言概述6

1.2.2 Verilog HDL语言要素和设计流程9

1.3 PLD器件基础11

1.3.1可编程逻辑器件技术发展历程11

1.3.2 FPGA和CPLD简介12

1.3.3 Xilinx FPGA介绍12

1.3.4 FPGA选型应该考虑的问题13

1.4 Vivado开发环境及设计流程15

1.4.1 Vivado功能介绍15

1.4.2 Vivado用户界面介绍和菜单操作15

1.4.3 Vivado开发流程18

第2章 布尔代数和Verilog HDL基础30

2.1布尔代数30

2.1.1三种基本逻辑门31

2.1.2四种常用逻辑门32

2.2布尔定律33

2.2.1单变量布尔定律33

2.2.2双变量和三变量的布尔定律33

2.3布尔代数化简37

2.3.1公式法化简37

2.3.2卡诺图化简38

2.4 Verilog HDL语言基础42

2.4.1 Verilog HDL模块及端口42

2.4.2 Verilog HDL数据类型声明45

2.4.3 Verilog HDL运算操作47

第3章 组合逻辑电路设计基础53

3.1组合电路中的always块53

3.1.1基本语法格式54

3.1.2过程赋值54

3.1.3变量的数据类型55

3.1.4简单实例55

3.2条件语句56

3.2.1 if else语句57

3.2.2 case语句59

3.3循环语句62

3.3.1 for语句62

3.3.2 repeat语句63

3.3.3 while语句64

3.3.4 forever语句65

3.4 always块的一般编码原则65

3.4.1组合电路代码中常见的错误65

3.4.2组合电路中always块的使用原则68

3.5常数和参数68

3.5.1常数68

3.5.2参数69

3.6设计实例71

3.6.1多路选择器71

3.6.2比较器72

3.6.3译码器和编码器74

3.6.4十六进制数七段LED显示译码器77

3.6.5二进制—BCD码转换器79

3.7练习题81

第4章 时序电路设计基础83

4.1触发器和锁存器83

4.1.1基本D触发器83

4.1.2含异步复位的D触发器84

4.1.3含异步复位和同步使能的D触发器85

4.1.4基本锁存器87

4.1.5含清0控制的锁存器88

4.2寄存器89

4.2.1 1位寄存器89

4.2.2 N位寄存器90

4.2.3寄存器组91

4.3移位寄存器92

4.3.1具有同步预置功能的8位移位寄存器92

4.3.2 8位通用移位寄存器93

4.4计数器94

4.4.1简单的二进制计数器94

4.4.2通用二进制计数器94

4.4.3模m计数器95

4.5设计实例97

4.5.1数码管扫描显示电路97

4.5.2秒表101

4.6练习题103

第5章 有限状态机设计基础104

5.1引言104

5.1.1有限状态机的特点104

5.1.2 Mealy状态机和Moore状态机105

5.1.3有限状态机的表示方法106

5.2有限状态机代码实现107

5.3设计实例110

5.3.1序列检测器设计110

5.3.2 ADC采样控制电路设计113

5.3.3按键消抖电路设计116

5.4课程练习118

第6章 逻辑设计工程技术基础120

6.1数字电路稳定性120

6.2组合逻辑与毛刺121

6.2.1组合逻辑设计中的毛刺现象121

6.2.2组合逻辑设计中毛刺的处理122

6.3异步设计与毛刺123

6.3.1异步时序电路中的毛刺现象123

6.3.2异步时序电路中毛刺的处理123

6.4 Verilog HDL设计中的编程风格125

6.4.1强调代码编写风格的必要性125

6.4.2强调编写规范的宗旨125

6.4.3变量及信号命名规范125

6.4.4编码格式规范126

6.5 Xilinx开发环境中的其他逻辑设计辅助工具128

第二部分 常用逻辑设计模块131

第7章 Vivado数字积木流程131

7.1 IP基础131

7.2打包属于自己的IP134

7.3 IP设计示例——二进制转格雷码146

7.4练习题152

第8章 串行通信接口控制器153

8.1 UART串口通信协议及控制器设计153

8.1.1 UART协议介绍153

8.1.2 UART协议实例154

8.2 PS/2协议及实例设计158

8.2.1 PS/2协议介绍158

8.2.2 PS/2设计实例159

8.3 SPI同步串行总线协议及控制器设计160

8.3.1 SPI协议介绍160

8.3.2 SPI控制器模块实例162

8.4 I2C两线式串行总线协议及控制器设计164

8.4.1 I2C协议介绍164

8.4.2 I2C模块设计实例166

8.5练习题168

第9章 RAM接口控制器169

9.1内部存储器169

9.1.1 FIFO169

9.1.2单端口RAM设计175

9.1.3双端口RAM设计177

9.2外部存储器180

9.2.1 DRAM介绍180

9.2.2 DDR SDRAM原理180

9.2.3 DDR SDRAM控制器原理182

9.3练习题200

第10章 字符点阵显示模块接口控制器201

10.1字符型液晶控制器设计201

10.1.1 LCD原理201

10.1.2字符型LCD1602模块202

10.1.3字符型液晶模块显示实例206

10.2点阵OLED控制器设计211

10.2.1 OLED原理211

10.2.2 OLED驱动原理212

10.2.3 OLED显示实例214

10.3练习题220

第11章 VGA接口控制器221

11.1 CRT显示器原理221

11.2 VGA控制器设计221

11.2.1 VGA视频接口的概念221

11.2.2 VGA的接口信号222

11.2.3行同步和场同步222

11.3 VGA接口设计实例223

11.3.1 VGA显示条纹和棋盘格图像223

11.3.2 VGA图像显示实例（文字/图片显示或者数码相框）226

11.3.3 VGA IP的使用230

11.4练习题235

第12章 数字图像采集236

12.1数字图像采集概述236

12.2系统设计原理236

12.2.1系统架构236

12.2.2 OV7725芯片介绍237

12.2.3 OV7725 SCCB协议238

12.2.4 OV7725配置寄存器239

12.2.5 OV7725图像采集239

12.2.6 Block RAM存储单元242

12.2.7 VGA显示的实现243

12.3模块搭建与综合实现243

12.4系统调试及板级验证246

12.4.1引脚分配246

12.4.2模块连接246

12.5练习题246

第三部分 逻辑系统设计案例249

第13章 数字逻辑系统设计案例：数字钟249

13.1数字钟设计案例249

13.1.1实验原理249

13.1.2实验设计流程249

13.2基于集成逻辑分析仪的调试253

13.3约束设计257

13.3.1物理约束257

13.3.2时序约束260

13.4练习题272

第14章 单周期处理器设计实例273

14.1单周期处理器体系架构简介273

14.1.1单周期处理器指令集简介273

14.1.2单周期处理器系统结构276

14.2设计流程277

14.2.1实验原理277

14.2.2设计与验证279

第15章 数字信号处理实例：FIR滤波器284

15.1 FIR滤波器简介284

15.2基于HLS的FIR滤波器实现流程284

15.3 工程测试291

15.4生成IP292

15.5练习题293

第16章 数字图像处理设计案例294

16.1项目概述294

16.2硬件介绍295

16.3模块介绍295

16.3.1 RGB转HSV模块295

16.3.2 Color Detect色彩检测及坐标计算296

16.4舵机控制模块300

16.5实例实现过程300

16.6板级验证301

16.7练习题302

第17章 大学生FPGA设计案例303

17.1逻辑控制303

17.2图像处理304

17.2.1 VGA控制颜色305

17.2.2视力表305

17.2.3手部运动检测系统307

17.3仪表仪器309

17.3.1数字示波器309

17.3.2逻辑分析仪309

17.3.3波形发生器311

17.4其他312

第18章 Xilinx资源导读313

18.1获取本书参考例程313

18.1.1 Github介绍及使用313

18.1.2 OpenHW介绍313

18.1.3 Xilinx各类比赛315

18.2 Xilinx网站315

18.2.1 FPGA应用与解决方案315

18.2.2文档资料查找315

18.2.3 Vivado工具和License的下载以及更新317

18.2.4问题的查找317

18.2.5 Xilinx社区318

18.3视频教程318

18.4 Vivado学习参考文档318

参考文献320