数字电路的FPGA设计与实现

前言

第1章 基于FPGA的数字频率计设计

1.1 频率计的基本原理

1.2 数字频率计的主要技术指标

1.3 频率计设计方案概述

1.3.1 频率的测量方法

1.3.2 直接测频法的原理

1.4 基于FPGA的自动换量程频率计设计

1.4.1 自动换量程原理

1.4.2 模块设计

1.5 自动换量程频率计的FPGA仿真

1.5.1 各模块的仿真

1.5.2 总体仿真

1.6 思考题

第2章 频率合成技术及DDS设计

2.1 概述

2.1.1 频率合成技术分类

2.1.2 DDS技术特点

2.2 DDS工作原理

2.3 频率合成技术指标

2.4 DDS输出杂散噪声分析

2.4.1 相位截断引入的杂散

2.4.2 幅度量化引入的杂散

2.4.3 DA转换引入的杂散及时钟噪声

2.5 DDS抑制杂散噪声分析

2.5.1 抖动注入技术

2.5.2 ROM数据压缩技术

2.5.3 PLL+DDS技术

2.6 基于FPGA的DDS设计

2.6.1 DDS系统结构框图

2.6.2 模块设计与仿真

2.7 本章小结

2.8 思考题

第3章 基于FPGA的信号发生器设计

3.1 概述

3.1.1 信号发生器的发展概况

3.1.2 信号发生器的种类

3.1.3 DDS工作原理

3.2 基于FPGA的信号发生器

3.2.1 总体结构设计

3.2.2 几种实现方式

3.2.3 实现中的几个关键问题

3.3 设计的实现与仿真

3.3.1 累加器模块

3.3.2 波形控制和数据存储模块

3.3.3 综合与ChipScope测试

3.4 本章小结

3.5 思考题

第4章 基于FPGA的CORDIC数字计算机设计

4.1 CORDIC理论算法

4.1.1 计算正弦值和余弦值

4.1.2 极坐标到笛卡儿坐标的变换

4.1.3 笛卡儿坐标到极坐标的变换

4.1.4 反正弦和反余弦函数

4.1.5 线性函数

4.1.6 双曲线函数

4.2 CORDIC算法的FPGA实现

4.2.1 基于状态机的迭代算法

4.2.2 基于流水线结构的算法

4.2.3 总体方案设计

4.2.4 仿真结果与分析

4.3 8位RISCCPU

4.3.1 计算机体系结构

4.3.2 CPU的概念

4.3.3 RISCCPU基本架构

4.3.4 RISCCPU的功能及模块划分

4.3.5 RISCCPU指令集简介

4.3.6 RISCCPU的状态时序和控制信号

4.3.7 8位RISCCPU的设计实现流程

4.4 8位RISCCPU各模块的设计与仿真

4.4.1 时钟发生器

4.4.2 指令寄存器

4.4.3 累加器

4.4.4 算术逻辑运算单元

4.4.5 数据控制器

4.4.6 地址多路器

4.4.7 程序计数器

4.4.8 状态控制器

4.5 8位RISCCPU顶层CPU模块的设计与仿真

4.5.1 设计思路

4.5.2 实现和仿真

4.5.3 CPU外围模块及测试

4.6 本章小结

4.7 思考题

第5章 实际应用系统设计

5.1 电子琴

5.1.1 电子琴的基本原理

5.1.2 电子琴的Verilog设计

5.1.3 电子琴的FPAG仿真

5.1.4 板调

5.2 数字密码锁

5.2.1 设计方案

5.2.2 数字密码锁的硬件设计

5.2.3 数字密码锁的软件设计

5.2.4 数字密码锁的仿真与实现

5.3 自动售货机

5.3.1 自动售货机系统的基本结构

5.3.2 自动售货机系统的工作流程

5.3.3 主控系统的设计方案

5.3.4 自动售货机系统FPGA的设计实现

5.4 乐曲演奏电路

5.4.1 乐曲演奏电路设计原理

5.4.2 乐曲演奏电路的FPGA实现

5.5 数字电压表

5.5.1 数字电压表的设计原理

5.5.2 数字电压表各模块的仿真与实现

5.5.3 系统调试

5.6 篮球30s可控计时器设计

5.6.1 篮球30s可控计时器的设计原理

5.6.2 篮球30s可控计时器的FPGA实现

5.7 自动电梯控制电路

5.7.1 自动电梯的电路原理

5.7.2 自动控制电路的FPGA实现

5.8 思考题

参考文献

FPGA是数字电路或系统设计的通用技术，利用FPGA芯片可以实现数字电路的各种功能。《数字电路的FPGA设计与实现（应用篇）/普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材》有针对性地介绍了数字电路应用系统的FPGA设计与实现过程，《数字电路的FPGA设计与实现（应用篇）/普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材》共5章，主要内容包括：基于FPGA的数字频率计设计；频率合成技术及DDS设计；基于FPGA的信号发生器设计；基于FPGA的CORDIC数字计算机设计；数字电路应用系统设计。《数字电路的FPGA设计与实现（应用篇）/普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材》提供了较为丰富的FPGA的设计例程，让学习者通过实验和设计更加深入地了解数字电路的工作原理，并且逐步掌握FPGA的设计与应用技术。
　　《数字电路的FPGA设计与实现（应用篇）/普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材》中的所有例程均是在Xilinx的11.1版本仿真环境下进行的，本书所附的光盘为学习者提供了相应的程序和工程《数字电路的FPGA设计与实现（应用篇）/普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材》深入浅出，实例丰富，取材新颖，图文并茂，叙述详尽清晰，可作为电子信息类本科生和硕士研究生学习FPGA应用技术的教材，也可供从事电子电路系统设计的工程技术人员学习参考。