EDA技术及实验教程

第1章 概述 1

1．1 EDA技术及其发展 1

1．2 EDA设计方法 3

1．3 可编程逻辑器件 5

1．4 硬件描述语言 6

1．5 可编程逻辑器件的未来 7

第2章 可编程逻辑器件 8

2．1 概述 8

2．1．1 PLD的发展 8

2．1．2 PLD的分类 9

2．2 简单PLD原理 10

2．3 复杂PLD原理 12

2．3．1 CPLD结构与原理 12

2．3．2　FPGA结构与原理 14

2．4 选择CPLD还是选择FPGA 17

2．5 生产PLD的四大厂商 18

第3章 VHDL设计基础 19

3．1 VHDL的基本组成 19

3．1．1 VHDL实体 20

3．1．2 VHDL结构体 21

3．1．3 VHDL库 22

3．1．4 VHDL程序包 22

3．1．5 VHDL配置 24

3．2 VHDL的基本要素 24

3．2．1 VHDL的标识符 24

3．2．2 VHDL 的数据类型 25

3．2．3 VHDL的数据对象 29

3．2．4 VHDL的运算操作符 30

3．3　VHDL的基本语句 33

3．3．1 顺序语句 33

3．3．2 并行语句 38

3．3．3 常用属性描述语句 43

3．4 VHDL的子程序 44

3．4．1 过程 45

3．4．2 函数 46

习题 47

第4章 基础实验 48

4．1 初识VHDL 48

一、实验目的 48

二、实验任务 48

三、基本实验条件 48

四、实验原理 48

五、思考题 50

六、初识VHDL实验报告 51

4．2 Quartus II 9．0环境的使用 53

一、实验目的 53

二、实验任务 53

三、基本实验条件 53

四、实验原理 53

五、实验指导 63

六、思考题 64

七、Quartus II 9．0环境的使用实验报告 65

4．3 原理图的设计及层次化设计方法一 67

一、实验目的 67

二、实验任务 67

三、基本实验条件 67

四、实验原理 67

五、实验指导 69

六、原理图的设计及层次化设计方法一实验报告 71

4．4 时序电路的设计及层次化设计方法二 73

一、实验目的 73

二、实验任务 73

三、基本实验条件 73

四、实验原理 73

五、实验指导 75

六、时序电路的设计及层次化设计方法二实验报告 77

4．5 宏功能模块的使用 79

一、实验目的 79

二、实验任务 79

三、基本实验条件 79

四、实验原理 79

五、实验指导 81

六、思考题 82

七、宏功能模块的使用实验报告 83

4．6 状态机的设计 85

一、实验目的 85

二、实验任务 85

三、基本实验条件 85

四、实验原理 85

五、实验指导 91

六、思考题 92

七、状态机的设计实验报告 93

第5章 综合实验 95

5．1 基于FPGA的电子琴设计 95

一、实验目的 95

二、实验任务 95

三、基本实验条件 95

四、实验指导 95

五、特色创新 104

六、实验注意事项 104

5．2 基于FPGA的MP3播放电路设计 104

一、实验目的 104

二、实验任务 104

三、基本实验条件 105

四、实验指导 105

五、特色创新 109

5．3　基于FPGA的VGA显示 110

一、实验目的 110

二、实验任务 110

三、基本实验条件 110

四、实验指导 110

五、实验任务 118

5．4 基于FPGA的音乐彩灯控制 118

一、实验目的 118

二、实验任务 118

三、基本实验条件 118

四、实验指导 118

五、实验思考 125

5．5 基于FPGA的4×4矩阵键盘的识别显示 126

一、实验目的 126

二、实验任务 126

三、基本实验条件 126

四、实验指导 126

五、特色创新 130

六、实验注意事项 130

5．6 基于FPGA的LED 扫描显示 130

一、实验目的 130

二、实验任务 130

三、基本实验条件 131

四、实验指导 131

五、实验内容 135

第6章 应用实例 136

6．1　基于FPGA的输入输出接口 136

6．1．1　试验原理、技术及方法 136

6．1．2 实验思考及扩展 146

6．2 简易数字信号传输性能分析仪 146

6．2．1 设计目标与要求 146

6．2．2　总体设计 147

6．2．3　各分支电路设计 148

6．2．4　EDA设计分析及程序设计 148

6．2．5　设计总结 151

6．3　数字电子钟 151

6．3．1　设计思路 151

6．3．2　各模块程序 152

6．3．3 数字电子钟实现 155

6．4 可编程方波发生器（PWG）的设计 157

6．4．1 设计要求 157

6．4．2　设计思路 158

6．4．3　各模块程序 159

6．4．4 整体实现 163

6．4．5 设计思考及改进 164

附录A PS2键盘接口知识 166

附录B GB2312简体中文编码表 169

附录C 基本指令和扩充指令 183

参考文献 185

本书实验内容由浅入深，分为基本实验、综合创新实验、应用实例；每个实验任务又分基本实验内容和扩展实验内容，便于学生自主开放式及分层次的综合创新学习。第1~2章介绍硬件知识，第3章介绍VHDL语言，第4章介绍基本实验及软件环境的使用，同时也巩固了数字电路的基本知识。第5章为综合实验，与传统实验不同的是，给出了具体的思路及参考程序和所需硬件知识，便于没有学习过EDA课程的学生一本在手，快速入门。第6章介绍4个应用实例。

《EDA技术及实验教程/普通高等教育“十二五”规划教材，电子信息科学与工程类专业规划教材》是在第一版的基础上并结合教育部卓越工程师培养计划的要求，对内容重新进行的梳理，共分为7章，继续保持了上版内容全面系统、简明易懂、循序渐进、原理与应用紧密结合的特色，修改了部分章节，并增加了一些新内容。比如，第2章增加物联网的相关知识及应用等，第4、5、6、7章增加相关技术的应用实例及设计方案等。