数字系统设计及VHDL实践

前言

基础篇

第1章数字系统设计与EDA

技术

1.1数字系统概念

1.2电子设计发展趋势

1.3EDA技术介绍

1.3.1基本特征

1.3.2主要内容

1.3.3EDA设计流程

1.4EDA应用与发展趋势

第2章VHDL语言基础

2.1硬件描述语言特点

2.2VHDL程序基本结构

2.3VHDL程序主要构件

2.3.1库

2.3.2实体

2.3.3结构体

2.4VHDL数据类型

2.4.1标准数据类型

2.4.2用户自定义数据类型

2.4.3数据类型转换

2.5运算符

2.5.1算术运算符

2.5.2逻辑运算符

2.5.3关系运算符

2.5.4其他运算符

2.5.5运算优先级

2.6VHDL数据对象

2.6.1常量

2.6.2变量

2.6.3信号

2.6.4信号与变量的比较

2.7VHDL基本语句

2.7.1并行语句

2.7.2顺序语句

2.7.3属性描述语句

2.8测试基准

2.9VHDL程序的其他构件

2.9.1块

2.9.2函数

2.9.3过程

2.9.4程序包

2.10结构体的描述方法

第3章组合逻辑模块

3.1简单组合逻辑模块

3.2译码器

3.3优先级编码器

3.4补码器

3.5三态门

3.6总线缓冲器

3.7多路选择器

3.8全加器

3.9串行进位加法器

3.10并行进位加法器

3.11比较器

3.12只读存储器

3.13随机存储器

第4章同步时序电路设计

4.1时序电路的特点与组成

4.2设计举例_3位计数器

4.3时序电路描述方法

4.3.1ASM图的组成

4.3.2自动售邮票机

4.3.3状态分配与编码

4.3.4状态最少化

4.4ASM图的硬件实现

4.4.1计数器法

4.4.2多路选择器法

4.4.3定序法

4.4.4微程序法

4.5有限状态机的VHDL实现

4.5.1符号化状态机

4.5.2单进程状态机

4.5.3双进程状态机

4.5.4三进程状态机

4.5.5设计实例1序列检测器

4.5.6设计实例2A／D采样控

制器

4.6关联状态机

4.7数字系统控制器／数据处理器

模型

第5章基本时序逻辑电路

5.1锁存器

5.1.1Rs锁存器

5.1.2D锁存器

5.2触发器

5.2.1D触发器

5.2.2带有Q输出的D触发器

5.2.3JK触发器

5.2.4T触发器

5.3多位寄存器

5.4串进并出型移位寄存器

5.5计数器

5.6无符号数乘法器

第6章仿真

6.1仿真的级别

6.2逻辑仿真

6.3延时模型

第7章综合

7.1综合的层次

7.2高层次综合

7.3寄存器传输级综合

7.3.1不能综合的VHDL描述

7.3.2寄存器的引入方法

7.3.3避免引入不必要的寄存器

7.4约束条件

7.5可编程器件综合

第8章数字系统设计方法

8.1数字系统层次化设计

8.1.1数字系统层次化结构

8.1.2自顶向下设计方法

8.2模块划分技术

8.3设计实例串行数据接收器

8.3.1性能级设计

8.3.2系统结构级设计

8.3.3逻辑级设计

8.3.4利用VHDL简化逻辑级设计

8.3.5物理级设计

8.4迭代技术

8.4.1空间迭代

8.4.2时间迭代

8.4.3二维迭代

实践篇

第9章可编程逻辑器件

9.1可编程逻辑器件的发展

9.2PLD的分类

9.2.1基于乘积项技术的PLD

9.2.2基于查找表技术的PLD

9.3CPLD与FPGA的比较

第10章基于CPLD／FPGA的数字

系统设计

10.1基于QuartusII的数字系统设

计流程

10.2基于CPLD／FPGA的EDA实验平台

设计

10.3QuartusII软件使用介绍

第11章组合逻辑电路实验

11.14选1多路选择器

11.216位加法器设计

第12章时序电路实验

第13章综合性设计实验

13.1三人抢答器

13.1.1设计要求

13.1.2设计分析与设计思路

13.1.3各模块的设计与实现

13.1.4整体设计

13.1.5波形仿真与分析

13.1.6思考题

13.2出租车计费实验

13.2.1设计要求

13.2.2设计分析与设计思路

13.2.3系统的设计与实现

13.2.4波形仿真与分析

13.2.5思考题

13.3红外遥控器

13.3.1设计要求

13.3.2设计分析与设计思路

13.3.3各模块的设计与实现

13.3.4整体设计

13.3.5波形仿真与分析

13.3.6硬件配置

13.3.7思考题

参考文献

　　为了全面地阐述清楚基于可编程器件的现代数字系统设计方法，作者在参考国内外出版的有关EDA技术、VHDL方面书的基础上，结合多年的理论教学、实践教学及相关科研经验，编写了这本书。本书最大的特点是内容全面，突出设计方法的应用和工程实践。全书共分两篇：基础篇和实践篇。基础篇共有8章，包括硬件描述语言VHDL基础、时序电路设计方法、状态机的VHDL实现、仿真、综合及数字系统设计方法的原理。实践篇共有5章，介绍了可编程逻辑器件、基于CPLD／FPGA的数字系统设计，通过简单的程序和实际工程项目的简化例子，由浅入深，实践了硬件描述语言和数字系统设计方法，所有实际工程例子均在自主开发的EDA实验平台上得到验证。　　本书系统地介绍了数字系统描述的硬件语言与设计方法，从理论、方法、工具，到实践进行了全面的阐述。全书分两篇：基础篇和实践篇。基础篇，共有8章。第1章介绍了数字系统的基本概念及EDA技术的发展趋势；第2、3章结合大量实例，介绍了硬件描述语言VHDL；第4、5章介绍了基于ASM图的时序电路设计方法及状态机的VHDL实现；第6、7章介绍了有关仿真和综合的知识；第8章结合设计实例，介绍了数字系统设计方法的原理和具体的应用。实践篇共有5章，从实践的角度，由浅入深，结合自主开发的EDA实验平台，从设计描述到下载对数字系统的整个设计流程进行了详细的讲解。本书兼具知识性和实用性。　　本书可作为大专院校电子类高年级本科生和研究生学习数字系统设计的教科书和参考书，也可作为这一领域工程技术人员的参考书。