基于FPGA的现代数字系统设计

第1章 现代数字系统设计技术概述

1.1 概述

1.1.1 可编程逻辑器件PLD概述

1.1.2 电子设计自动化技术概述

1.2 现代数字系统的设计流程

1.3 EDA软件工具简介

1.4 现代数字系统设计的发展趋势

小结

习题

第2章 基于原理图的设计

2.1 XilinxISEFoundation介绍

2.1.1 安装ISEFoundation

2.1.2 ISEFoundation界面

2.1.3 ISEFoundation的集成工具

2.2 基于原理图的设计流程

2.2.1 创建工程

2.2.2 原理图绘制

2.2.3 逻辑综合

2.2.4 物理实现

2.2.5 仿真验证

2.2.6 硬件配置

小结

习题

实验项目

实验一七段译码原理电路的设计与仿真

实验二二十五进制计数器设计与仿真

实验三排球比赛计分显示系统设计与仿真

第3章 基于VerilogHDL语言的设计

3.1 VerilogHDL概述

3.1.1 几个简单的VerilogHDL例子

3.1.2 VerilogHDL的基础知识

3.1.3 VerilogHDL的描述层次

3.2 门级建模

3.2.1 门的类型

3.2.2 实例数组（Array0fI tances）

3.2.3 应用举例

3.2.4 门延迟

3.3 数据流建模

3.3.1 连续赋值语句

3.3.2 表达式、运算符和操作数

3.3.3 举例

3.4 行为级建模

3.4.1 顺序块和并行块语句

3.4.2 条件语句

3.4.3 循环语句

3.4.4 赋值语句

3.4.5 结构化语句

3.4.6 系统任务和函数

3.4.7 编译预处理命令

3.4.8 有限状态机设计

3.5 VerilogHDL的可综合设计

3.6 Testbench文件与设计

3.6.1 测试平台的搭建

3.6.2 Testbench文件设计

3.7 VerilogHDL在ISE软件中设计示例

小结

习题

实验项目

实验一七段数码显示译码器设计

实验二含异步清零和同步使能的四位加法计数器

实验三桶形移位器（BarrelShifter）设计

实验四用状态机实现序列检测器的设计

实验五循环冗余校验（cRC）模块设计

第4章 基于IPCore的设计

4.1 IP模块的种类与应用

4.2 IPCore的选择与复用

4.2.1 IPCore的选择

4.2.2 IPCore的复用

4.3 IPCore生成工具简介

4.4 常用IPCore的设计

4.4.1 可逆计数器的设计

4.4.2 存储器的设计

4.4.3 时钟的设计

小结

习题

实验项目

实验一计数器的设计

实验二正弦波形发生器的设计

实验三双口RAM的设计

第5章 系统仿真

5.1 ModelSim软件的安装及简介

5.1.1 ModelSim软件的安装

5.1.2 ModelSim窗口简介

5.1.3 ModelSim的使用方式

5.2 在ISE中调用ModelSim

5.2.1 建立仿真环境

5.2.2 在ISE中调用：ModelSim实现功能仿真

5.2.3 在ISE中调用.ModelSim实现时序仿真

5.3 在ModelSim中进行仿真

5.4 基于IPCore的FIFO仿真实例

5.4.1 建立FIFOIPCore的源文件

5.4.2 建立Testbench文件

5.4.3 在ModelSim中进行仿真

小结

习题

实验项目

实验一数控分频器设计与仿真

实验二8位十进制频率计设计

第6章 可编程逻辑器件原理

6.1 可编程逻辑器件的分类及特点

6.2 复杂可编程逻辑器件CPLD

6.2.1 简单低密度PLD的原理

6.2.2 CPLD的结构和工作原理

6.3 现场可编程门阵列FPGA

6.3.1 TPGA的基本结构

6.3.2 基于查找表的FPGA的结构和工作原理

6.4 FPGA的配置

6.4.1 FPGA在系统可配置原理

6.4.2 FPGA配置方式

6.4.3 配置流程

6.5 可编程逻辑器件的选用

6.6 Xilinx器件命名

6.6.1 CPLD器件命名

6.6.2 FPGA器件命名

小结

习题

第7章 基于FPGA的系统级设计技术

7.1 基于FPGA的嵌入式开发技术

7.1.1 嵌入式系统与SOPC技术

7.1.2 基于SOPC的嵌入式系统开发流程

7.2 MicroBlaze嵌入式处理器

7.3 嵌入式开发套件EDK

7.3.1 EDK的组成

7.3.2 EDK的任务流程、工具模块与工程管理

7.3.3 EDK的使用

7.4 在SOPC系统中添加定制外设IPCore

7.5 XilinxDSP设计平台

7.5.1 FPGA实现DSP的特点

7.5.2 FPGA的DSP硬件资源

7.5.3 FPGA实现DSP的软件工具

7.5.4 DSPTools软件

7.6 FIR滤波器设计

7.6.1 产生FIR滤波器的系数

7.6.2 输入FIR滤波器模块

7.6.3 FIR滤波器模型设计

7.6.4 在Simulink中仿真.FIR滤波器

7.6.5 完善：FIR滤波器设计

小结

习题

实验项目

实验一利用BSB向导构建嵌入式基本系统

实验二基于SOPC的流水灯设计

实验三创建一个12＆times;8的乘法累加器

实验四FIR滤波器设计

第8章 在线逻辑分析技术

8.1 JTAG边界扫描测试

8.2 在线逻辑分析仪ChipScopePro概述

8.3 在线逻辑分析仪ChipScopePro的使用

小结

实验项目

实验一移位相加八位硬件乘法器电路设计

实验二DDS设计

第9章 其它设计工具简介

9.1 Synplicity公司的SynplifyPro

9.2 Aldec公司的ActiveHDL

9.3 MentorGraphics公司的

FPGAAdvantage

小结

附录

附录1 Spartan-3EStarterKitBoard介绍

附录2 参考课题

课题一数字式竞赛抢答器

课题二数字钟

课题三数字频率计

课题四拔河游戏机

课题五乒乓球比赛游戏机

课题六交通信号灯控制器

课题七电子密码锁

课题八彩灯控制器

课题九脉冲按键电话显示器

课题十简易电子琴

课题十一出租车自动计费器

课题十二洗衣机控制器

课题十三DDS波形发生器

课题十四简单的时分复用系统

课题十五异步串口通信

课题十六64K数据适配器设计

课题十七简化LAPS协议实现

课题十八直接序列扩频通信系统

课题十九设计一个MACFIR滤波器

课题二十直接型数字下变频器

参考文献

《高等学校电子与通信工程类专业十二五规划教材：基于FPGA的现代数字系统设计》以Xilinx公司FPGA的 开发为重点，主要内容包括现代数字系统设计技术概述、基于原 理图的设计、基于Verilog HDI。语言的设计、基于IP Core的设计、系统仿 真、可编程逻辑器件原 理、基于FPGA的系统级设计技术、在线逻辑分析技术和其它设计工具简介。本书内容全面、新颖，注重基础又兼顾前沿。编写风格上尽量体现学生 易学、教师易教等特 点。书中涉及的例子具有典型性和实用性，大部分章后有实验项目供课程实 践环节选做，附录中 还有相关的设计课题供学生在课程设计时选用。本书可作为高等工科院校本、专科电子电 气信息类专业的教材及信息类专业课程设计、综合 设计的教学参考书，也可作为参加电子设计竞赛者和FPGA开发应用人员的自 学参考书。

通过《高等学校电子与通信工程类专业十二五规划教材：基于FPGA的现代数字系统设计》的学习，读者能够熟练掌握Xilinx公司的ISE开发软件和VerilogHDL语言，了解Xilinx公司的主流FPGA及其硬件特点，具备自主选择适当的FPGA器件及使用ISE软件进行数字系统的设计和调试的能力。本书图文并茂，突出了教材的实用性和代表性，大部分章节后安排有大量的设计实例和习题，在重要的章后还有相关的实验项目供课程实践环节选做，附录中提供了相关的设计课题供学生在课程设计时选用。