可编程技术与计算机系统实验与实践教程

第1章 绪论

1.1 可编程逻辑器件介绍

1.2 FPGA/CPLD设计入门

1.2.1 FPGA/CPLD设计的基本方法

1.2.2 FPGA/CPLD设计的基本流程

1.3 基于可编程技术的计算机系统实验方法

第2章 可编程技术初步与实验环境

2.1 VHDL基础

2.1.1 VHDL简介

2.1.2 VHDL语言基础

2.1.3 VHDL基本结构

2.1.4 VHDL主要功能语句

2.1.5 基本VHDL程序分析

2.2 QuartusⅡ软件入门

2.2.1 设计流程

2.2.2 QuartusⅡ设计输入

2.2.3 综合

2.2.4 布局布线

2.2.5 基于模块的设计

2.2.6 仿真

2.2.7 时序分析器

2.2.8 时序逼近

2.2.9 功耗分析

2.2.10 编程和配置

2.2.11 调试

2.2.12 工程改革管理

2.2.13 形式验证

2.2.14 系统级设计

2.3 FPGA实验开发平台简介

2.3.1 康芯GW48-CP++实验开发系统

2.3.2 实验系统的主板结构和使用方法

2.3.3 实验系统电路结构图

2.3.4 实验系统引脚分配表

2.3.5 实验台电路结构选择与引脚锁定方法

第3章 可编程技术实验设计

3.1 可编程技术基础实验

3.1.1 熟悉FPGA软硬件开发环境

3.1.2 利用VHDL设计十进制加法计数器

3.1.3 利用原理图设计2-4译码器

3.1.4 Altera元器件库宏功能模块

3.1.5 元器件自定义与使用

3.1.6 利用原理图层次化方法设计1位全加器

3.1.7 QuartusⅡ的混合输入及层次化设计

3.2 可编程技术实验常见问题与解决方法

3.2.1 QuartusⅡ软件使用常见问题与解决方法

3.2.2 “编译”过程常见问题与解决方法

3.2.3 “仿真”过程常见问题与解决方法

3.2.4 “编程下载”过程常见问题与解决方法

3.2.5 “实验台操作”过程常见问题与解决方法

第4章 组合逻辑电路实验设计

4.1 组合逻辑电路设计方法

4.1.1 组合逻辑电路的特点

4.1.2 组合逻辑电路的设计方法

4.2 基本门电路实验

4.3 典型组合电路实验

4.3.1 半加器

4.3.2 全加器

4.3.3 全加/全减器

4.3.4 多数表决电路

4.3.5 比较电路

4.4 可靠性编码电路实验

4.4.1 偶校验发生器、检测器电路

4.4.2 步进码发生器电路

4.5 编、译码及代码转换电路实验

4.5.1 38线译码器电路

4.5.2 余三码编码器电路

4.5.3 余三码到8421码转换电路

4.5.4 显示译码器电路

第5章 时序逻辑电路实验设计

5.1 时序逻辑电路设计方法

5.1.1 时序逻辑电路的特点

5.1.2 时序逻辑电路的表示方法

5.1.3 时序逻辑电路的设计方法与步骤

5.2 触发器及其功能测试实验

5.2.1 基本触发器电路

5.2.2 时钟触发器电路

5.3 寄存器及其应用实验

5.3.1 数据寄存器

5.3.2 移位寄存器

5.3.3 双向移位寄存器

5.4 计数器实验

5.4.1 异步模8加1计数器电路

5.4.2 异步模6加1计数器电路

5.4.3 BCD8421码同步计数器电路

5.4.4 4位扭环形同步计数器电路

5.4.5 模10指定规律同步计数器电路

5.5 脉冲信号电路实验

5.5.1 序列信号发生器电路

5.5.2 序列信号检测器电路

第6章 计算机部件实验设计

6.1 运算器实验

6.2 存储器实验

6.2.1 ROM实验

6.2.2 RAM实验

6.2.3 FIFO实验

6.3 时序电路实验

6.4 程序计数器与地址寄存器（PC_AR）实验

6.5 总线传输实验

第7章 计算机组成实验设计

7.1 基本模型机系统实验

7.1.1 基本模型机系统原理

7.1.2 微控制器设计

7.1.3 基本模型机系统设计

7.2 带移位运算的模型机系统实验

7.3 复杂模型机系统实验

第8章 基于NiosⅡ的SOPC实验设计

8.1 SOPC介绍

8.1.1 SOPC概念及特点

8.1.2 NiosⅡ介绍

8.1.3 基于NiosⅡ的SOPC开发流程

8.2 NiosⅡ基础实验

8.3 基于NiosⅡ的电机控制实验

第9章 基于FPGA的综合性实验设计

9.1 十进制数字频率计

9.2 洗衣机控制器

9.3 复印机控制器

9.4 汽车灯控制器

9.5 电风扇控制器

9.6 自动售货机控制器

9.7 密码锁

9.8 智能交通灯控制器

9.9 数字电子时钟

9.10 IC卡计费器

参考文献

本书系统地介绍可编程技术的原理、编程语言以及基于FPGA的设计方法与实现，在此基础上讨论基本数字电路的设计方法与实现，并通过对计算机硬件系统的组织与结构进行分析，详细介绍计算机系统的一般设计方法与实现，使学生在基本的功能部件设计基础上，设计计算机模型系统，建立计算机的整机概念，了解数据在计算机中的表示、传送、处理以及控制信息是如何完成对计算机系统的控制。本书取材新颖实用，采用实验项目教学的组织形式，内容由浅入深，循序渐进。每个实验项目具有较强的独立性，实验项目内容、要求和方法设计详细，精心安排，可直接用于实验教学。书中还给出了大量设计实例及扩展方案，不仅可以作为教学内容进行学习，部分内容还具有工程实践价值。本书可作为高等院校计算机类、电子类和自动化类等有关专业的实践教材和参考书，还可供相关工程技术人员参考。

1.全书采用实验项目教学的组织形式，内容由浅人深，循序渐进。每个实验项目具有较强的独立性，实验项目内容、要求和方法设计详细，精心安排，可直接用于实验教学。书中还给出了大量设计实例及扩展方案，不仅可以作为教学内容进行学习，部分内容还具有了实践价值。
2.全书设置丰富的实验项目，实验内容灵活设置，每个实验项目详细介绍了基本原理和实验步骤，可以直接作为演示性或验证性实验。每个实验项目中，在编译、仿真等阶段由简至深的实验要求，可以根据实际情况灵活设置实验难度和要求，将实验作为设计性实验。此外大多数实验项目还增设了扩展实验内容，较大的提升了实验的设计空间，增强了实验的设计性、综合性和创新性。