數(shù)字電路與系統(tǒng)教學實驗教程

前言

　　自1985年問世以來，經過25年的歷程，F(xiàn)PGA在電子設計領域扮演著越來越重要的角色，越來越多的電子系統(tǒng)設計師不得不對它刮目相看。這是因為它的確具有很多不可替代的優(yōu)點。　　1）FPGA的可編程性是與生俱來的，它推動了可重配置的電子設計，使硬件設計編程化，導致了電子設計的軟、硬件協(xié)調和并行，極大地提高了設計效率并減少了資源占用?！　?）和ASIC相比，F(xiàn)PGA在開發(fā)成本、工具成本和開發(fā)效率方面具有絕對的優(yōu)勢，其開發(fā)時間比ASIC平均少55％，所以近三年用ASCI設計的電子系統(tǒng)下降了50％。從只用于原型設計，到代替定制芯片，F(xiàn)PGA市場更多轉向ASIC的傳統(tǒng)市場（消費電子、汽車電子、數(shù)據處理和工業(yè)產品）。很多系統(tǒng)設計都以FPGA為中心來進行，F(xiàn)PGA已經從配角成為了主角。　　3）從1990到2010年，F(xiàn)PGA的價格下降為原先的0.04％，集成度提高了1000倍，功耗降低為原先的0.4％，速度提高了200倍。　　在全球市場，Altera公司和Xilinx公司的FPGA出貨量占了總出貨量的80％。而在歐洲、亞洲尤其是中國市場，Altera的.FPGA占了主導地位。從2000年Altera在中國加速推進“大學計劃”以來，Altera在高校成立了近100所聯(lián)合實驗室，促成了Altera的FPGA和相關開發(fā)工具的普及。這種形勢下，為了幫助更多的大學生、研究生和工程技術人員更普遍地使用Altera的FGPA和相關工具做電子設計，我們開發(fā)了一款寬帶無線多媒體教學平臺?！　拵o線多媒體教學平臺是針對大學和研究機構推出的用于教學與科研的FPGA開發(fā)平臺。靈活、可靠的外圍接口為用戶提供豐富、方便的外設連接，幫助用戶迅速地理解和掌握數(shù)字電路及SoC設計的基礎知識。高速數(shù)字、模擬接口和觸摸彩屏的輸出，為無線寬帶多媒體通信系統(tǒng)的驗證和手機與數(shù)字電視的研發(fā)人員提供了一個基礎的設計平臺。

內容概要

本書介紹了EDA和FPGA的相關基礎知識，重點介紹了在寬帶無線多媒體教學平臺上如何用Altera的工具做電路與系統(tǒng)的設計。全書提供了近20個教學實驗的例子，引領讀者一步一步、由淺入深地使用FPGA實現(xiàn)電路與系統(tǒng)的設計。為了方便教學，隨教學平臺提供配套光盤。    本書可以作為通信、信息、計算機、人工智能、光機電一體化、圖像和工業(yè)自動化類專業(yè)專、本科生及研究生數(shù)字電路與系統(tǒng)、信號處理、計算機接口和編程設計語言、多媒體、通信及IC設計等課程的教學實驗用書，還可以作為電子技能大賽的指導用書。

書籍目錄

基礎篇第1章  EDA技術及其發(fā)展  1.1  集成電路產業(yè)基本規(guī)律  1.2  EDA產業(yè)的歷史    1.2.1  計算機輔助設計階段    1.2.2  計算機輔助工程階段    1.2.3  電子設計自動化階段  1.3  EDA工具的分類    1.3.1  電路設計與仿真工具    1.3.2  PCB設計軟件    1.3.3  IC設計軟件    1.3.4  FPGA設計工具  1.4  主要硬件描述語言    1.4.1  VHDL    1.4.2  Verilog HDL    1.4.3  System Veilog    1.4.4  SystemC    1.4.5  VHDL和Verilog HDL的比較    1.4.6  SystemC和System Verilog的比較  1.5  集成電路設計方法學    1.5.1  片上系統(tǒng)的概念    1.5.2  可編程片上系統(tǒng)的概念    1.5.3  片上系統(tǒng)設計方法學的概念    1.5.4  軟硬件協(xié)同設計方法    1.5.5  基于虛擬原型的設計方法    1.5.6  IP核及IP復用    小結第2章  可編程邏輯器件的發(fā)展及原理  2.1  可編程邏輯器件結構剖析    2.1.1  簡單PLD的“與”陣列、“或”陣列平面結構    2.1.2  帶宏單元的復雜可編程邏輯器件    2.1.3  FPGA  2.2  可編程邏輯器件的編程原理    2.2.1  熔絲型編程    2.2.2  反熔絲型編程    2.2.3  SRAM編程    2.2.4  EPROM編程    2.2.5  E2pROM編程    2.2.6  FPGA的發(fā)展趨勢  2.3  Altera Cyclone Ⅱ簡介    2.3.1  Altera公司的可編輯邏輯器件    2.3.2  Cyclone Ⅱ的總體結構    2.3.3  LE結構    2.3.4  LAB結構    2.3.5  全局時鐘網絡    2.3.6  DSP結構    小結第3章  綜合工具Quartus Ⅱ的使用  3.1  工程建立  3.2  建立設計  3.3  分析與綜合  3.4  引腳分配  3.5  程序下載  3.6  SignalTap Ⅱ的使用    小結第4章  仿真工具ModelSim的使用  4.1  ModelSim仿真過程  4.2  加入Altera器件的仿真庫    小結第5章  TE3無線多媒體教學平臺簡介  5.1  概述  5.2  核心板    5.2.1  主要特性    5.2.2  核心板的主要器件    5.2.3  應用領域  5.3  擴展板    5.3.1  主要特性    5.3.2  主要器件及接口    5.3.3  應用領域    ……實驗篇第6章  LED實驗第7章  脈沖發(fā)生器實驗第8章  脈寬調制(PWM)實驗第9章  波形發(fā)生器實驗第10章  鍵盤掃描及數(shù)碼管顯示實驗第11章  計算器實驗第12章  數(shù)字鐘實驗第13章  SRAM接口實驗第14章  串行接口實驗第15章  I2C接口實驗第16章  BCH編碼實驗第17章  音頻接口實驗第18章  VGA接口實驗第19章  視頻接口實驗第20章  液晶屏和觸摸屏實驗第22章  μClinux實驗附錄  TE3無線多媒體教學平臺使用簡介

章節(jié)摘錄

　　電路設計與仿真工具就是用來設計模擬和數(shù)字電路，并進行電路仿真的軟件。這類軟件常用的有SPICE和Multisim?！　。?）SPICE（Simulation ProgramwithIntegrated Circuit Emphasis）是由美國加州大學推出的電路分析仿真軟件，是20世紀80年代世界上應用最廣的電路設計軟件，1998年被定為美國國家標準。1984年，美國MicroSim公司推出了基于SPICE的微機版PSPICE（Personal.SPICE）。現(xiàn)在用得較多的是PSPICE 6.2，可以說在同類產品中，它是功能最為強大的模擬和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件，在國內普遍使用。最新推出了PSPICE 9.1版本，它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據輸出，并在同一窗口內同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結果。無論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精確的仿真結果，并可以自行建立元器件及元器件庫?！　。?）Multisim軟件是加拿大圖像交互技術公司（Interactive。Image Technoligics，簡稱IIT公司，原Electrical WorkBench公司）推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬／數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。相對于其他EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實實驗中的實際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100％地仿真出真實電路的結果，并且它在儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器、波特儀（相當于實際中的掃頻儀）、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網絡分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表。該軟件還提供了我們常見的各種建模精確的元器件，比如電阻、電容、電感、晶體管、二極管、繼電器、晶閘管、數(shù)碼管、各種運算放大器和其他常用集成電路，而且還支持自制元器件。

圖書封面

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