FPGA电子系统设计项目实战

第1章  FPGA电子系统的设计方法

1.1电子系统设计

1.1.1总体方案确定

1.1.2子系统设计

1.2印制电路板设计

1.2.1准备工作

1.2.2元器件布局与布线

1.2.3印制焊盘的尺寸及形状

1.2.4印制导线的尺寸及形状

1.2.5印制导线的抗干扰和屏蔽

1.2.6印制电路板的对外连接

1.2.7表面贴装技术对印制板的要求

1.3电子系统的安装与调试

1.3.1电子系统的安装

1.3.2元器件的引脚识别

1.3.3电子系统的调试

1.4电子系统抗干扰措施

1.4.1正确选择器件

1.4.2正确分布元器件

1.4.3交流输入电源增加电源滤波器

1.4.4施加屏蔽措施

1.4.5使用合理的接地方式

1.4.6电路加入滤波电容和补偿电容

第2章  MAX+plus Ⅱ使用方法

2.1编程存储及编译

2.2指定器件及编译

2.3指定器件引脚及编译

2.4下载

2.5存储及编译图形描述（电路图）

2.6仿真

第3章  FPGA的硬件描述语言VHDL

3.1VHDL程序的特点

3.2VHDL程序的基本结构

3.2.1库说明

3.2.2实体说明

3.2.3结构体说明

3.3VHDL的数据

3.3.1基本标志符

3.3.2数据对象

3.3.3数据类型

3.4VHDL的表达式

3.4.1逻辑运算符

3.4.2算术运算符

3.4.3关系运算符

3.4.4并置运算符

3.4.5操作符的运算优先级

第4章  VHDL的顺序描述语句

4.1信号赋值语句和变量赋值语句

4.2if语句

4.3case语句

4.4for loop循环语句

4.5null语句

第5章  VHDL的并行描述语句

5.1进程语句

5.2并发信号赋值语句

5.3条件信号赋值语句

5.4选择信号赋值语句

5.5元件例化语句

5.6生成语句

第6章  VHDL的时钟信号描述方法

6.1时钟信号的VHDL描述方法

6.1.1时钟边沿的描述

6.1.2时序电路中进程敏感信号是时钟信号

6.2时序电路中复位信号的VHDL描述方法

6.2.1同步复位

6.2.2异步复位

第7章  VHDL的有限状态机的设计

7.1有限状态机的基本概念

7.2一个Moore型有限状态机的设计方法

第8章  FPGA数字电路设计实例

8.1门电路FPGA设计

8.1.1与非门电路

8.1.2二输入或非门电路

8.1.3二输入异或门电路

8.1.4反向器门电路

8.1.5三态门电路

8.1.6单向总线缓冲器

8.1.7双向总线缓冲器

8.2组合逻辑电路FPGA设计

8.2.1监视交通信号灯工作状态的逻辑电路

8.2.28线—3线编码器

8.2.38线—3线优先编码器

8.2.4二—十进制编码器

8.2.5译码器（3线—8线）

8.2.6二—十进制译码器

8.2.7BCD七段显示译码器

8.2.8代码转换电路

8.2.9四选一数据选择器

8.2.10八选一数据选择器

8.2.11四位全加器

8.2.12八位加法器

8.2.13多位数值比较器

8.3触发器FPGA设计

8.3.1RS触发器

8.3.2主从JK触发器

8.3.3D触发器

8.4时序逻辑电路FPGA设计

8.4.1寄存器

8.4.2双向移位寄存器

8.4.3串行输入并行输出移位寄存器

8.4.4循环移位寄存器

8.4.5四位同步二进制计数器

8.4.6单时钟同步十六进制加/减计数器

8.4.7双时钟同步十六进制加/减计数器

8.4.8同步十进制加法计数器

8.4.9单时钟同步十进制可逆计数器

8.4.10异步二进制加法计数器

8.4.11同步一百进制计数器

8.4.12同步二十九进制计数器

8.4.13顺序脉冲发生器

8.4.14序列信号发生器

8.4.15用状态机方法设计十三进制计数器

8.4.16串行数据检测器

8.4.17能自启动的七进制计数器

8.4.18能自启动的三位环形计数器

8.4.19用状态机方法设计十进制减法计数器

第9章  FPGA外围电路集成运算放大器

9.1集成运算放大器典型电路

9.1.1反相比例运算电路

9.1.2同相比例运算电路

9.1.3反相求和运算电路

9.1.4同相求和运算电路

9.1.5加减运算电路

9.1.6积分运算电路

9.1.7微分运算电路

9.1.8压控电压源二阶低通滤波器

9.1.9压控电压源二阶高通滤波器

9.1.10RC桥式正弦振荡电路

9.1.11方波发生电路

9.1.12方波和三角波发生电路

9.1.13过零比较器

9.1.14一般单限比较器

9.1.15滞回比较器

9.1.16窗口比较器

9.1.17精密整流电路

9.2单电源供电的集成运算放大器的应用

9.2.1单电源集成运放的放大电路

9.2.2单电源集成运放的正弦波发生器

9.2.3单电源集成运放的方波三角波发生器

9.2.4单电源集成运放的低通滤波器

9.2.5单电源集成运放的高通滤波器

9.2.6单电源集成运放的比较器

9.2.7单电源比较器

9.2.8单电源比较器组成的窗口比较器

9.2.9高效率音频功率放大器

9.2.10单电源集成运放综合设计

9.3集成运算放大器的综合应用

9.3.1小信号功率放大器

9.3.2具有放大、滤波及继电器控制的模拟信号检测与控制系统

9.3.3具有放大、F/V转换及继电器控制的模拟信号频率检测与控制系统

9.3.4间歇正弦波控制路

9.3.5语音信号放大器

9.3.6程控放大器0～40dB

9.3.7宽带放大器

9.3.8正弦交流电压有效值控制的压控振荡电路

9.3.9电压转换恒定电流电路

9.3.10实用温控器

9.3.11用热释电传感器的报警电路

9.3.12基于PWM的LED调光电路

9.3.13具有放大、滤波器、计数功能的电子电路

第10章  FPGA数字电路系统设计实例

10.1数字信号的发送和接收电路

10.2序列计数器

10.3设计一个自动售邮票的控制电路

10.4数字锁

10.5设计一个汽车尾灯的控制电路

10.6交通灯控制器

10.7双十字路口交通灯控制器

10.816×16的点阵显示设计

10.9乒乓球游戏机

10.10三层电梯控制器

10.11汽车停车场停车位显示系统

10.12智力竞赛抢答计时器的设计

10.13出租车计费器

10.14定时器

10.15秒表

10.16数字钟

10.17数字频率计

10.18电子琴电路设计

10.19《友谊地久天长》乐曲演奏电路设计

10.20寄存序列型信号发生器

10.21正负脉宽数控调制信号发生器设计

10.22智能函数发生器设计

10.23周期可调的多波形发生器

10.24模拟信号检测

10.25数据采集及监控系统

第11章  FPGA电子系统设计项目

11.1项目1FPGA控制的数码显示电路

11.1.1设计要求

11.1.2设计分析

11.1.3显示原理

11.1.4驱动八位数码管显示电路框图

11.1.5模块及模块功能

11.2项目2键盘控制电路

11.2.1设计要求

11.2.2设计分析

11.2.3设计思想与源程序

11.3项目3用8×8行共阴、列共阳双色点阵发光器件显示汉字

11.3.1设计要求

11.3.2设计分析

11.3.3器件及硬件电路

11.3.4设计软件的思路及源程序

11.4项目4FPGA控制的数模D/A转换电路

11.4.1设计要求

11.4.2设计分析

11.4.3DAC0832转换器

11.4.4数模D/A转换电路

11.4.5FPGA控制的数模D/A转换电路

11.5项目5FPGA控制的模数A/D转换0809的应用

11.5.1设计要求

11.5.2设计分析

11.5.3ADC0809转换器及其转换电路

11.5.4FPGA控制的模数A/D转换电路

11.5.5用数码管显示模数A/D转换器的输入电压

11.5.6ADC0809转换模拟输入负电压电路

11.6项目6数控式可逆步进调压直流稳压电源

11.6.1设计要求

11.6.2原理及硬件电路

11.6.3软件设计思想及源程序

11.7项目7数控式直流电流源

11.7.1设计指标及框图

11.7.2硬件电路图

11.7.3软件设计思想及源程序

11.8项目8低频数字式相位测量仪

11.8.1低频数字式相位测量仪设计指标及框图

11.8.2移相网络

11.8.3相位测量

11.9项目9多路数据采集系统

11.9.1设计内容

11.9.2现场模拟信号产生器

11.9.3八路数据采集器

11.9.4主控器

11.10项目10测量放大器

11.10.1测量放大器系统

11.10.2桥式电路

11.10.3信号变换放大器

11.10.4直流电压放大器

11.10.5程控的直流电压放大器

11.11项目11功率放大器

11.11.1设计任务

11.11.2功率放大器

11.11.3前置放大器

11.11.4系统测试

11.11.5自制稳压电源

11.11.6集成功率放大器

11.12项目12开关型稳压电源

11.12.1脉冲宽度调制电路MIC2194

11.12.2MC34060控制的串联型开关稳压电源

11.13项目13程控滤波器

11.13.1设计要求

11.13.2设计框图

11.13.3程控放大器

11.13.4程控低通滤波器

11.13.5程控高通滤波器

11.13.6程控滤波器的FPGA控制核心

11.14项目14信号发生器

11.14.1设计要求

11.14.2信号发生器的功能及其内部接线

11.14.3信号发生器的FPGA内部结构

11.14.4调用MAX+plusⅡ10.2中的除法元件方法

11.15项目15交流电压参数的测量

11.15.1设计要求

11.15.2给定的器件

11.15.3硬件电路

11.15.4软件电路

11.16项目16宽带放大器

11.16.1设计要求

11.16.2硬件电路

11.16.3软件电路

11.17项目17高效率音频功率放大器

11.17.1设计要求

11.17.2D类放大器的工作原理

11.17.3硬件电路

11.17.4软件电路

11.18项目18数字化语音存储与回放系统

11.18.1设计要求

11.18.2硬件电路

11.18.3软件电路

11.19项目19数字式工频有效值多用表

11.19.1硬件电路

11.19.2软件电路

11.20项目20简易电阻、电容和电感测量仪

11.20.1设计要求

11.20.2硬件电路

11.20.3软件电路

11.21项目21数字幅频均衡功率放大器

11.21.1设计要求

11.21.2设计框图

11.21.3三级放大电路

11.21.4带阻网络

11.21.5低通滤波电路

11.21.6Ａ/Ｄ转换

11.21.7Ｄ/Ａ转换和功率放大器

11.21.8FPGA程序

附录： 部分图片索引

参考文献

本书第1章介绍FPGA电子系统的设计方法。第2章介绍MAX+plus Ⅱ使用方法。第3~7章介绍FPGA硬件描述语言VHDL的特点、VHDL语言中常用的数据、运算符、顺序描述语句和并行描述语句、时钟信号描述方法、有限状态机等基本概念和应用。第8章与清华大学阎石主编的《数字电子技术基础》（第4版）同步，内容包括门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路，对其中的各种功能芯片以及基于VHDL及FPGA的实现方法进行了讲解。第9章介绍FPGA外围电路集成运算放大器及其各种应用。第10、11章对FPGA相关电路系统的设计进行实例介绍。本书可作为高等院校电类专业学生学习VHDL及FPGA的实训教科书，也可供有关工程技术人员参考使用。