数字系统的VHDL设计

第1章数制与编码

1.1概述

1.1.1模拟电子技术和数字电子技术

1.1.2脉冲信号和数字信号

1.1.3数字电路的特点

1.2数制

1.2.1四种数制

1.2.2数制之间的转换

1.3编码

1.3.1二一十进制编码

1.3.2字符编码

1.4现代数字系统的设计方法

本章小结

思考题和习题

第2章逻辑代数和VHDL基础

2.1逻辑代数基本概念

2.1.1逻辑常量和逻辑变量

2.1.2基本逻辑和复合逻辑

2.1.3逻辑函数的表示方法

2.1.4逻辑函数的相等

2.2逻辑代数的运算法则

2.2.1逻辑代数的基本公式

2.2.2逻辑代数的基本定理

2.2.3逻辑代数的常用公式

2.2.4异或运算公式

2.3逻辑函数的表达式

2.3.1逻辑函数的常用表达式

2.3.2逻辑函数的标准表达式

2.3.3约束及其表示方法

2.4逻辑函数的公式简化法

2.4.1逻辑函数简化的意义

2.4.2逻辑函数的公式简化法

2.5VHDL基础

2.5.1VHDL设计实体的基本结构

2.5.2VHDL语言要素

2.5.3VHDL的顺序语句

2.5.4并行语句

本章小结

思考题和习题

第3章门电路

3.1概述

3.2TTL集成门

3.2.1TTL集成与非门

3.2.2TTL与非门的外部特性

3.2.3TTL与非门的主要参数

3.2.4TTL与非门的改进电路

3.2.5TTL集成电路多余输入端的处理

3.2.6TTL其他类型的集成电路

3.2.7TTL电路的系列产品

3.3其他类型的双极型集成电路

3.3.1ECL电路

3.3.2I2L电路

3.4MOS集成门

3.4.1MOS管

3.4.2MOS管开关的电路结构和工作原理

3.4.3MOS非门

3.4.4MOS门

3.4.5CMOS门的外部特性

3.5基于VHDL的门电路设计

本章小结

习题

第4章组合逻辑电路

4.1概述

4.1.1组合逻辑电路的结构和特点

4.1.2组合逻辑电路的分析方法

4.1.3组合逻辑电路的设计方法

4.2若干常用的组合逻辑电路

4.2.1算术运算电路

4.2.2编码器

4.2.3译码器

4.2.4数据选择器

4.2.5数值比较器

4.2.6奇偶校验器

4.3基于VHDL的组合逻辑电路设计

4.3.1加法器的设计

4.3.2编码器的设计

4.3.3译码器的设计

4.3.4数据选择器的设计

4.3.5数值比较器的设计

4.3.6奇偶校验器的设计

4.4组合逻辑电路的竞争冒险现象

本章小结

习题

第5章触发器

5.1概述

5.2基本RS触发器

5.2.1由与非门构成的基本RS触发器

5.2.2由或非门构成的基本RS触发器钟控触发器

5.3钟控触发器

5.3.1钟控RS触发器

5.3.2钟控D型触发器

5.3.3钟控JK触发器

5.3.4钟控T型触发器

5.3.5钟控T触发器集成触发器

5.4集成触发器

5.4.1边沿JK触发器

5.4.2维持-阻塞结构集成触发器

5.5触发器之间的转换

5.5.1用JK触发器实现其他类型触发器

5.5.2用D触发器实现其他类型触发器的转换

5.6基于VHDL的触发器设计

5.6.1基本RS触发器的设计

5.6.2D锁存器的设计

5.6.3D触发器的设计

5.6.4JK触发器的设计

本章小结

习题

第6章时序逻辑电路

6.1概述

6.1.1时序逻辑电路功能的描述方法

6.1.2时序逻辑电路的分析方法

6.1.3同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路

6.2寄存器和移位寄存器

6.2.1数码寄存器

6.2.2移位寄存器

6.2.3集成移位寄存器

6.3计数器

6.3.1同步计数器的分析

6.3.2异步计数器

6.3.3集成计数器

6.4同步时序逻辑电路的设计

6.4.1数码寄存器的设计

6.4.2移位寄存器的设计

6.4.3同步计数器的设计

6.4.4顺序脉冲发生器的设计

6.4.5序列信号发生器的设计

6.4.6序列信号检测器的设计

6.4.7一般同步时序逻辑电路的设计

6.5异步时序逻辑电路的设计

本章小结

习题

第7章半导体存储器

7.1概述

7.1.1半导体存储器的结构

7.1.2半导体存储器的分类

7.2随机存储器

7.2.1静态随机存储器

7.2.2动态随机存储器

7.2.3随机存储器的典型芯片

7.3只读存储器

7.3.1固定只读存储器

7.3.2可编程只读存储器

7.3.3可擦除可编程只读存储器

7.4半导体存储器的应用

7.5基于VHDL的存储器设计

7.5.1RAM的设计

7.5.2ROM的设计

本章小结

习题

第8章数模和模数转换

8.1概述

8.2数模转换

8.2.1D/A转换器的结构

8.2.2D/A转换器的主要技术指标

8.2.3集成D/A转换器

8.3模数转换

8.3.1A/D转换器的基本原理

8.3.2A/D转换器的类型

8.3.3A/D转换器的主要技术指标

8.3.4集成ADC芯片

本章小结

习题

第9章数字系统设计

9.1数字系统的设计方法

9.1.14位二进制计数器的设计

9.1.2设计七段显示译码器dec7s

9.1.3计数译码显示系统电路的设计

9.2系统设计实例

9.2.18位频率计的设计

9.2.2交通灯控制电路的设计

9.2.3数字电压表的设计

9.2.4信号发生器的设计

本章小结

习题

第10章可编程逻辑器件

10.1PLD的基本原理

10.1.1PLD的分类

10.1.2阵列型PLD

10.1.3现场可编程门阵列

10.1.4基于查找表的结构

10.2PLD的设计技术

10.2.1PLD的设计方法

10.2.2PLD的设计流程

10.2.3在系统可编程技术

10.2.4边界扫描技术

10.3PLD的编程与配置

10.3.1CPLD的ISP方式编程

10.3.2使用PC机的并口配置FPGA

本章小结

习题

第11章VHDL仿真

11.1VHDL仿真支持语句

11.1.1文件操作

11.1.2文件操作实例

11.2VHDL的仿真方法

11.2.1ModelSim的命令式仿真

11.2.2ModelSim的波形仿真

11.2.3ModelSim交互命令方式仿真

11.2.4ModelSim批处理工作方式

11.3VHDL测试平台软件的设计

11.3.1组合逻辑电路测试平台软件的设计

11.3.2时序逻辑电路测试平台软件的设计

11.3.3数字系统电路测试平台软件的设计

本章小结

习题

第12章VHDL综合与优化

12.1综合的概念

12.2VHDL设计的硬件实现

12.2.1编辑设计文件

12.2.2编译设计文件

12.2.3仿真设计文件

12.2.4编程下载设计文件

12.3设计优化

12.3.1面积与速度的优化

12.3.2时序约束与选项设置

12.3.3Fitter设置

12.4QuartusⅡ的RTL阅读器

本章小结

习题

附录A国产半导体集成电路型号命名法（GB343082）

附录BAlteraDE2开发板使用方法

参考文献

　　目前，EDA技术已经成为很多高等工科院校本科学生的必修课程，但在此之前同学们还必须修数字电子技术课程。然而这两门课程的内容是互相支持的，关系是十分紧密的。讲授数字电子技术时免不了要涉及EDA技术，但讲授EDA技术前还必须先修数字电子技术。为了解决这个矛盾，编者编写了此书。本书基于硬件描述语言，把数字电子技术和EDA技术合并为一门课程，在此课程学习的基础上，增加一门EDA实训课程，讲述了数制与编码、逻辑代数与VHDL基础、门电路、组合逻辑电路等12部分内容。书中每章的开始都给出了教学要点和教学参考时数。　　全书共12章，包括数制与编码、逻辑代数与VHDL基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、存储器、数模与模数转换、数字系统设计、可编程逻辑器件、VHDL仿真和VHDL综合，各章后附有思考题和习题。　　本书涵盖_厂数字电子技术的基本理论和基本概念，并以硬件描述语言（VHDL）为工具，介绍了数字电路及系统的设计方法。书中列举了大量的基于VHDL的门电路、触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、、存储器和数字系统设计的实例，供读者参考。每个设计实例都经过了电子设计自动化（EDA）软件的编译和仿真，确保无误。　　本教材图文并茂、通俗易懂，可作为高等院校工科电子、信息、通信、自动化类专业的数字电子技术、EDA技术、硬件描述语言等基础课教材和相关工程技术人员的参考资料。