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第1章 FPGA硬件结构知识1

1.1 CPLD/FPGA概述1

1.2 FPGA体系结构5

1.2.1 FPGA基本结构5

1.2.2 FPGA的结构特点12

1.3 FPGA编程与配置12

1.3.1 FPGA的下载接口13

1.3.2 FPGA的JTAG在线配置13

1.3.3 FPGA专用配置器件14

1.3.4 使用单片机在线配置17

1.3.5 使用CPLD配置FPGA18

1.4 FPGA常用芯片与选用19

1.4.1 FPGA常用芯片19

1.4.2 FPGA器件的选用23

第2章 VHDL语言编程基础26

2.1 系统的表示方法和硬件描述语言特点26

2.1.1 FPGA系统的VHDL表示方法26

2.1.2 VHDL硬件描述语言特点28

2.2 VHDL语言结构与要素29

2.2.1 VHDL语言结构29

2.2.2 VHDL语言要素38

2.3 VHDL基本语句52

2.3.1 VHDL顺序语句52

2.3.2 VHDL并行语句75

第3章 硬件开发工具QuartusⅡ的使用89

3.1 QuartusⅡ软件综述89

3.1.1 QuartusⅡ软件的特点及其支持的器件89

3.1.2 QuartusⅡ软件工具及功能简介90

3.1.3 QuartusⅡ软件的用户界面92

3.1.4 QuartusⅡ支持文件类型94

3.2 QuartusⅡ软件开发流程95

3.3 QuartusⅡ的安装100

3.4 QuartusⅡ的使用102

3.4.1 创建QuartusⅡ项目102

3.4.2 设计输入104

3.4.3 项目配置及时序约束108

3.4.4 编译112

3.4.5 仿真113

3.4.6 器件编程和配置117

第4章 门电路设计与实现119

4.1 基本门电路与组合门电路119

4.1.1 基本门电路119

4.1.2 组合逻辑门电路124

4.2 三态门和总线缓冲器130

4.2.1 三态门130

4.2.2 单向总线缓冲器132

4.2.3 双向总线缓冲器134

第5章 常用组合逻辑电路的设计136

5.1 编码器136

5.1.1 普通编码器136

5.1.2 优先编码器137

5.2 译码器139

5.2.1 二进制译码器140

5.2.2 十进制译码器142

5.2.3 七段译码器143

5.3 数据选择器和数据分配器146

5.3.1 数据选择器146

5.3.2 数据分配器147

5.4 数值比较器和奇偶校验器149

5.4.1 数值比较器149

5.4.2 奇偶校验器151

5.5 运算器152

5.5.1 加法器153

5.5.2 减法器156

5.5.3 乘法器158

5.5.4 除法器160

第6章 常用时序电路与状态机的设计163

6.1 触发器163

6.1.1 R-S触发器163

6.1.2 D触发器165

6.1.3 J-K触发器167

6.1.4 T触发器169

6.2 计数器171

6.2.1 常用二进制计数器171

6.2.2 可逆计数器179

6.3 锁存器和寄存器182

6.3.1 锁存器183

6.3.2 基本寄存器184

6.3.3 移位寄存器188

6.4 存储器198

6.4.1 ROM只读存储器198

6.4.2 RAM随机存储器200

6.4.3 FIFO存储器202

6.4.4 LIFO存储器205

6.5 分频器207

6.5.1 偶数分频器207

6.5.2 奇数分频器210

6.5.3 2n分频器213

6.5.4 占空比可调分频器214

6.5.5 半整数分频器216

6.5.6 数控分频器217

6.6 状态机的设计219

6.6.1 状态机的结构、分类及特点219

6.6.2 一般状态机220

6.6.3 Moore状态机223

6.6.4 Mealy状态机225

6.7 序列信号发生器与检测器228

6.7.1 序列信号检测器的设计228

6.7.2 m序列信号发生器的设计231

6.7.3 计数型序列信号发生器的设计234

第7章 FPGA的显示及键盘控制236

7.1 LED广告灯设计236

7.1.1 LED控制原理236

7.1.2 闪烁广告灯的设计238

7.1.3 流水广告灯的设计240

7.1.4 拉幕式与闭幕式广告灯的设计243

7.1.5 复杂广告灯的设计248

7.2 LED数码管显示控制252

7.2.1 单个LED数码管显示设计252

7.2.2 8位LED数码管动态显示设计256

7.2.3 8位LED数码管移位显示设计259

7.3 键盘控制265

7.3.1 键盘控制原理265

7.3.2 按键计数控制267

7.3.3 查询式按键设计274

7.3.4 矩阵式键盘控制设计278

7.3.5 简单拨号键盘设计286

7.4 字符式LCD显示控制295

7.4.1 LCD液晶显示原理295

7.4.2 字符式LCD静态显示301

7.4.3 字符式LCD移位显示311

第8章 FPGA在数字系统设计中的应用322

8.1 交通信号灯控制器322

8.1.1 交通信号灯的控制要求322

8.1.2 交通信号灯的硬件连接322

8.1.3 交通信号灯的程序设计323

8.1.4 交通信号灯控制器的波形仿真333

8.1.5 交通信号灯的引脚锁定与硬件验证334

8.2 MIDI音乐发生器335

8.2.1 MIDI音乐发生器的控制要求335

8.2.2 MIDI音乐发生器的播放原理335

8.2.3 MIDI音乐发生器的硬件连接337

8.2.4 MIDI音乐发生器的程序设计338

8.2.5 MIDI音乐发生器的波形仿真349

8.2.6 MIDI音乐发生器的引脚锁定与硬件验证350

8.3 智力抢答器351

8.3.1 智力抢答器的控制要求351

8.3.2 智力抢答器的硬件连接351

8.3.3 智力抢答器的程序设计352

8.3.4 智力抢答器的波形仿真362

8.3.5 智力抢答器的引脚锁定与硬件验证363

8.4 可调数字钟365

8.4.1 可调数字钟的控制要求365

8.4.2 可调数字钟的硬件连接365

8.4.3 可调数字钟的程序设计366

8.4.4 可调数字钟的波形仿真372

8.4.5 可调数字钟的引脚锁定与硬件验证373

8.5 VGA彩条信号发生器374

8.5.1 VGA彩条信号发生器的控制要求374

8.5.2 VGA彩条信号发生器的基本知识374

8.5.3 VGA彩条信号发生器的硬件连接376

8.5.4 VGA彩条信号发生器的程序设计376

8.5.5 VGA彩条信号发生器的波形仿真381

8.5.6 VGA彩条信号发生器的引脚锁定与硬件验证382

8.6 电梯控制器383

8.6.1 电梯控制器的控制要求383

8.6.2 电梯控制器的硬件连接383

8.6.3 电梯控制器的程序设计384

8.6.4 电梯控制器的波形仿真396

8.6.5 电梯控制器的引脚锁定与硬件验证396

第9章 FPGA在数字信号处理中的应用398

9.1 CORDIC算法的应用设计398

9.1.1 CORDIC算法的基本理论398

9.1.2 CORDIC算法的设计思路400

9.1.3 CORDIC算法的程序设计400

9.1.4 CORDIC算法的波形仿真406

9.2 FIR滤波器的设计406

9.2.1 FIR滤波器的原理407

9.2.2 直接形式的FIR滤波器设计407

9.2.3 转置结构的FIR滤波器设计409

9.3 IIR滤波器的设计411

9.3.1 IIR滤波器的基本理论412

9.3.2 直接型IIR滤波器设计414

9.3.3 级联型IIR滤波器设计415

第10章 宏功能模块与SOPC技术的应用425

10.1 宏功能模块的应用425

10.1.1 LPM＿COUNTER在数控分频器中的应用425

10.1.2 LPM＿ROM在4位乘法器中的应用429

10.1.3 LPM＿RAM随机存储器在FPGA中的读／写控制434

10.1.4 LPM＿FIFO先入先出存储器在FPGA中的读／写控制437

10.1.5 ALTPLL锁相环在倍频／分频中的应用442

10.2 SOPC技术的应用451

10.2.1 SOPC的设计流程与系统架构451

10.2.2 LED流水灯的设计456

参考文献474