FPGA/CPLD应用技术

第一篇基 础 知 识

项目1了解FPGA/CPLD

1.1FPGA/CPLD的基本结构

1.1.1FPGA的基本结构

1.1.2CPLD的基本结构

1.1.3FPGA和CPLD的比较

1.2Altera的FPGA/CPLD

1.2.1Altera的FPGA

1.2.2Altera的CPLD

1.2.3FPGA/CPLD选型

1.3FPGA/CPLD的开发流程

小结

课后练习

项目2学习VHDL语言的基本知识

2.1VHDL程序结构

2.1.1简单VHDL程序举例

2.1.2实体

2.1.3结构体

2.1.4库和程序包

2.1.5配置

2.2VHDL的语言要素

2.2.1语法规则

2.2.2标识符

2.2.3数据类型

2.2.4运算操作符

2.3VHDL基本语句

2.3.1顺序语句

2.3.2并行语句

2.3.3子程序

小结

课后练习

项目3熟悉FPGA/CPLD的开发环境

3.1常用开发软件

3.2Quartus Ⅱ的使用

3.2.1Quartus Ⅱ的用户界面

3.2.2设计输入

3.2.3设计编译

3.2.4设计仿真

3.2.5器件编程

3.3DE2开发板

3.3.1DE2开发板简介

3.3.2DE2开发板的使用

小结

课后练习

第二篇应 用 开 发

项目4门电路设计

4.1基本逻辑门的设计

4.1.1设计要求

4.1.2构思——方案选择

4.1.3设计——VHDL源程序设计

4.1.4实现——编辑、编译

4.1.5运行——仿真、编程测试

4.2三态门的设计

4.2.1设计要求

4.2.2构思——方案选择

4.2.3设计——VHDL源程序设计

4.2.4实现——编辑、编译

4.2.5运行——仿真、编程测试

小结

课后习题

项目5编码器设计

5.1普通编码器的设计

5.1.1设计要求

5.1.2构思——方案选择

5.1.3设计——VHDL源程序设计

5.1.4实现——编辑、编译

5.1.5运行——仿真、编程测试

5.2优先编码器的设计

5.2.1设计要求

5.2.2构思——方案选择

5.2.3设计——VHDL源程序设计

5.2.4实现——编辑、编译

5.2.5运行——仿真、编程测试及结果分析

小结

课后练习

项目6译码器设计

6.138译码器的设计

6.1.1设计要求

6.1.2构思——方案选择

6.1.3设计——VHDL源程序设计

6.1.4实现——编辑、编译

6.1.5运行——仿真、编程测试

6.2二十进制BCD译码器的设计

6.2.1设计要求

6.2.2构思——方案选择

6.2.3设计——VHDL源程序设计

6.2.4实现——编辑、编译

6.2.5运行——仿真、编程测试

小结

课后练习

项目7触发器设计

7.1同步RS触发器的设计

7.1.1设计要求

7.1.2构思——方案选择

7.1.3设计——VHDL源程序设计

7.1.4实现——编辑、编译

7.1.5运行——仿真、编程测试

7.2同步复位D触发器的设计

7.2.1设计要求

7.2.2构思——方案选择

7.2.3设计——VHDL源程序设计

7.2.4实现——编辑、编译

7.2.5运行——仿真、编程测试

小结

课后练习

项目8计数器设计

8.1同步计数器设计

8.1.1设计要求

8.1.2预备知识

8.1.3构思——方案选择

8.1.4设计——编写VHDL源程序

8.1.5实现——编译与仿真

8.1.6运行——编程测试与结果分析

8.2异步计数器设计

8.2.1设计要求

8.2.2预备知识

8.2.3构思——方案选择

8.2.4设计——编写VHDL源程序

8.2.5实现——编译与仿真

8.2.6运行——编程测试与结果分析

小结

课后练习

项目9分频器设计

9.1占空比与分频系数可调的分频器设计

9.1.1设计要求

9.1.2预备知识

9.1.3构思——方案选择

9.1.4设计——编写VHDL源程序

9.1.5实现——编译与仿真

9.1.6运行——编程测试与结果分析

9.2占空比为50%的奇数分频器设计

9.2.1设计要求

9.2.2构思——提出设计方案

9.2.3设计——VHDL源程序设计

9.2.4实现——编译与仿真

9.2.5运行——编程测试与结果分析

小结

课后练习

项目10电梯控制器

10.1设计要求

10.2必备知识

10.2.1状态机的基本概念

10.2.2状态机的VHDL设计

10.3项目实施

10.3.1构思——总体方案设计

10.3.2设计——编写各模块的VHDL源程序

10.3.3实现——编译与仿真

10.3.4运行——编程测试与结果分析

小结

项目11交通灯控制器

11.1设计要求

11.2构思——总体方案确定

11.3设计——VHDL编程

11.3.1分频模块设计

11.3.2控制模块设计

11.3.3显示模块设计

11.3.4顶层设计

11.4实现——硬件编程

11.5运行——测试结果分析

小结

项目12简单微处理器设计与实现

12.1设计要求

12.2预备知识

12.2.1微处理器的硬件系统

12.2.2微处理器的指令系统

12.3构思——设计思路与方案

12.4设计——VHDL源程序设计

12.5实现——编译与仿真

12.6运行——编程测试与结果分析

小结

参考文献

本书是基于课堂教学和全国大学生电子设计竞赛的特点和需要进行编写的。通过项目简明而系统地介绍了FPGA/CPLD应用技术的相关内容。第一篇包括FPGA/CPLD的基本结构、开发流程及开发环境，硬件描述语言（VHDL）的基本知识。第二篇侧重应用开发，共分为9个项目，依据CDIO理念，把相关知识融入项目中学习。项目4～项目9为常用逻辑单元电路，训练读者基本的VHDL程序设计能力，掌握VHDL程序结构和VHDL并行语句与顺序语句。项目10～项目12为综合实用型项目，旨在培养读者的VHDL程序设计能力，有助于读者掌握VHDL层次化设计。本书在取材和编排上力求理论联系实际、由浅入深、循序渐进。每个项目后面附有小结和习题，便于读者学习和教学使用。本书内容精练、实践性和针对性强、实例丰富，既可作为电子信息类专业学生参加电子设计竞赛、技能大赛的培训教材，也可作为高等专科和职业院校电子类专业学生的教材与参考书。

近年来，参加全国大学生电子设计竞赛的高职高专院校学生逐年增多，各高校也都非常重视，除了在相关课程的日常教学中加大训练力度外，还在选拔参赛队员前后组织相关辅导和强化训练，急需要适合这类学生的竞赛培训教材。
在总结前期教材编写出版经验的基础上，组织编写了这套既可用于全国大学生电子设计竞赛，也可用于电子信息类专业电子产品设计与制作核心能力培养的工程型系列教材，以期推动大学生电子设计竞赛和高等学校电子信息类专业的教学改革和教材建设。
该系列教材的定位是首先满足课堂教学，同时兼顾电子设计竞赛培训的需求。如果学生学完这套从书的内容，参加电子设计竞赛前只需要强化实践技能的训练即可；如果学校教学计划中没有安排这套教材中的全部课程，竞赛培训时就要补充有关内容。
该系列教材打破了传统的理论体系，采用基于CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，构思、设计、实现、运行）工程教育理念的项目化教学模式，将每门课程的核心内容融入到一个个项目中，根据项目的需要，按照项目内容、必备知识、项目实施和扩充知识的架构对传统教材内容进行了重组。
该系列教材编写中聘请了行业企业的工程技术人员参与，每部教材的编者中至少有一位是来自行业企业的一线工程技术人员。
该系列教材的主编、副主编和其他作者均有着丰富的教学和工程实践经验，多数作者还具有指导大学生电子设计竞赛的经历，有的作者指导的学生代表队还获得过全国奖。他们有着强烈的责任意识、质量意识和创新意识，在教材编写过程中每个细节的工作都精益求精，使教材的质量达到了较高水平。