EDA技术及数字系统的应用

第1章 概述 1
1.1 EDA技术 1
1.1.1 EDA技术的发展史 2
1.1.2 EDA与电子系统设计 3
1.1.3 EDA软件平台 4
1.2 EDA技术的基本特征及工具 6
1.2.1 EDA技术的研究范畴 7
1.2.2 EDA技术的基本特征 8
1.2.3 EDA的基本工具 9
1.3 硬件描述语言简介 10
1.4 可编程ASIC及发展趋势 12
1.4.1 专用集成电路ASIC简介 12
1.4.2 集成电路的设计流程 14
1.4.3 可编程ASIC的特点 17
1.4.4 可编程ASIC发展趋势 18
1.5 IP核与SOC设计 20
1.5.1 IP核 20
1.5.2 IP核的复用技术 21
1.5.3 SOC设计技术 23
1.5.4 软/硬件协同设计 25
1.6 EDA技术的发展趋势 26
本章小结 27
习题 28
第2章 可编程逻辑器件 30
2.1 可编程逻辑器件的分类 30
2.2 可编程逻辑器件的编程元件 32
2.2.1 熔丝型开关 33
2.2.2 反熔丝型开关 34
2.2.3 浮栅编程元件 34
2.2.4 基于SRAM的编程元件 36
2.3 边界扫描测试技术 36
2.4 CPLD/FPGA的基本结构及特点 38
2.4.1 CPLD的基本结构与特点 38
2.4.2 FPGA的基本结构与特点 42
2.4.3 CPLD与FPGA的比较 48
2.5 CPLD/FPGA主流器件介绍 49
2.5.1 Altera的CPLD系列 49
2.5.2 Xilinx的CPLD系列 50
2.5.3 Altera的FPGA系列 52
2.5.4 Xilinx的FPGA系列 54
2.6 编程与配置 55
2.6.1 JTAG方式的CPLD编程 56
2.6.2 PC并行口的FPGA配置 58
2.6.3 FPGA专用配置器件 59
本章小结 61
习题 62
第3章 CPLD/FPGA开发
工具--QuartusⅡ 63
3.1　QuartusⅡ概述 63
3.1.1　QuartusⅡ的特性 64
3.1.2　QuartusⅡ设计流程 65
3.1.3 QuartusⅡ的主界面 67
3.2　新建一个设计工程 71
3.2.1　转换MAX+PLUSⅡ设计 72
3.2.2　使用"New Project Wizard"
命令新建工程 73
3.2.3 设计输入 74
3.3　编译与仿真工具 76
3.3.1 编译工具 76
3.3.2 仿真工具 80
3.3.3　时序分析工具 84
3.4　编程下载 85
3.4.1 指定器件和分配引脚 85
3.4.2 配置器件 88
3.5 设计优化及其他设置 89
3.5.1 面积与速度的优化 89
3.5.2 时序约束及设置 89
3.5.3 适配设置 90
3.5.4 功率分析 90
3.6 器件库和参数化宏功能模块 91
3.6.1 元件库和宏单元库 91
3.6.2 自定制宏功能模块 98
3.6.3 嵌入式存储器和
锁相环模块 100
3.6.4 滤波器FIR 107
3.7 嵌入式逻辑分析仪的硬件测试 110
3.8 嵌入式系统设计 113
3.8.1 用SOPC Builder创建SOPC
设计 114
3.8.2 用DSP Builder创建DSP
设计 117
本章小结 120
习题 120
第4章 硬件描述语言AHDL 122
4.1 AHDL的基本元素 122
4.2 基本的AHDL设计结构 128
4.2.1 子设计段 129
4.2.2 逻辑段 130
4.2.3 变量段 130
4.2.4 AHDL模板 134
4.3 函数模块及其引用 134
4.4 AHDL的描述语句 140
4.4.1 文本编辑语句 140
4.4.2 逻辑设计语句 142
4.5 数字单元电路的设计实例 147
4.5.1 组合逻辑电路 147
4.5.2 寄存器和计数器 152
4.5.3 有限状态机设计 156
4.5.4 综合逻辑电路 158
本章小结 164
习题 164
第5章 硬件描述语言VHDL 165
5.1 VHDL基本结构 165
5.1.1 多路选择器的VHDL
描述 165
5.1.2 实体 167
5.1.3 结构体 169
5.1.4 库、程序包及配置 171
5.2 VHDL语法规则 173
5.2.1 文字规则 173
5.2.2 数据对象 176
5.2.3 数据类型 179
5.2.4 VHDL操作符 185
5.2.5 VHDL属性描述 186
5.3 VHDL中的顺序语句 189
5.3.1 赋值语句 189
5.3.2 流程控制语句 190
5.3.3 wait语句 195
5.3.4 断言语句 196
5.4 VHDL中的并行语句 196
5.4.1 进程语句 197
5.4.2 并行信号赋值语句 198
5.4.3 块语句 200
5.4.4 元件例化语句 201
5.4.5 生成语句 203
5.5 子程序 205
5.5.1 函数 206
5.5.2 过程 207
8.5.3 子程序重载 209
5.6 状态机的VHDL设计 211
5.6.1 状态机的基本结构 211
5.6.2 状态转移图 212
5.6.3 状态机的VHDL描述 213
5.6.4 状态机的图形编辑设计 218
5.6.5 状态编码与状态分配 220
5.6.6 剩余状态与容错技术 222
5.7 数字电路设计 223
5.7.1 VHDL的描述风格 223
5.7.2 组合逻辑电路 226
5.7.3 时序逻辑电路 231
本章小结 235
习题 235
第6章 硬件描述语言Verilog HDL 238
6.1 Verilog HDL概述 238
6.1.1 不同抽象级别的Verilog HDL
模型 238
6.1.2 Verilog HDL模型的基本
单元--模块 239
6.1.3 逻辑仿真 241
6.2 Verilog HDL的语法 243
6.2.1 语法约定 243
6.2.2 数据类型 244
6.2.3 模块端口 247
6.3 结构描述形式 247
6.4 数据流描述形式 249
6.4.1 连续赋值语句assign 249
6.4.2 表达式和运算符 250
6.5 行为描述形式 253
6.5.1 过程结构 253
6.5.2 过程赋值语句 255
6.5.3 时序控制 256
6.5.4 流控制 257
6.5.5 任务与函数 258
6.6 数字电路设计实例 260
6.6.1 组合逻辑电路设计 261
6.6.2 时序逻辑电路设计 262
6.6.3 有限状态机设计 263
本章小结 269
习题 269
第7章 数字系统设计及实例 271
7.1 数字系统概述 271
7.1.1 数字系统的概念 271
7.1.2 数字系统的基本结构 272
7.1.3 数字系统设计的特点 273
7.1.4 数字系统的设计方法 277
7.2 数字系统的描述方法 279
7.2.1 方框图和定时图 279
7.2.2 算法流程图 280
7.2.3 ASM图 283
7.3 数字系统的实现 287
7.3.1 数据处理单元 288
7.3.2 控制单元 292
7.4 FPGA系统的设计优化 296
7.4.1 资源优化 297
7.4.2 速度优化 303
7.4.3 系统的同步设计 310
7.4.4 优化设置与分析 318
7.5 移位相加8位硬件乘法器 321
7.5.1 硬件乘法器的设计思想 321
7.5.2 硬件乘法器的实现 322
7.6 十字路口交通信号的控制系统 324
7.6.1 系统的功能要求 324
7.6.2 控制器算法设计及实现 325
7.7 数据采集系统设计 330
7.7.1 系统的功能要求和
设计思想 330
7.7.2 ADC控制模块设计 332
7.8 多功能函数信号发生器 334
7.8.1 信号发生器的功能和
设计思想 334
7.8.2 各功能模块设计 335
7.9 数字频率计设计 340
7.9.1 频率测量方法和原理 340
7.9.2 系统要求和结构 340
7.9.3 数字频率计实现 341
本章小结 345
习题 345
第8章 FPGA综合设计实践 346
8.1 VGA图像显示的设计与应用 346
8.1.1 VGA显示接口和
标准时序 347
8.1.2 系统的功能要求和
设计思想 349
8.1.3 各功能模块的设计 351
8.2 PS/2键盘接口设计与VGA显示 361
8.2.1 PS/2接口及键盘扫描码 361
8.2.2 设计要求 364
8.2.3 各功能模块的实现 365
8.3 PS/2鼠标接口设计与VGA显示 373
8.3.1 PS/2鼠标的工作模式和
数据格式 373
8.3.2 功能要求和设计思想 375
8.3.3 各功能模块的设计 376
8.4 通用异步收发器设计与VGA
显示 386
8.4.1 通用异步收发器原理及
接口 386
8.4.2 系统的功能要求 387
8.4.3 各功能模块的设计 387
8.5 单线(1-Wire)温度测量与LCD1602
显示 395

8.5.1 DS18B20数字温度
传感器 395
8.5.2 字符型LCD1602 399
8.5.3 功能要求和设计思想 402
8.5.4 各功能模块的设计 403
8.6 SPI接口总线及应用 411
8.6.1 SPI接口及协议 411
8.6.2 串行A/D芯片ADS7822 413
8.6.3 串行D/A芯片DAC7513 417
8.7 I2C总线及应用 421
8.7.1 I2C总线接口 421
8.7.2 AT24C02器件的
数据读写 423
本章小结 432
习题 432
参考文献 433