數(shù)字系統(tǒng)的VHDL設計

前言

　　在20世紀90年代，國際上在電子和計算機技術領域比較先進的^國家，一直在積極探索新的電子電路設計方法，在設計方法、工具等方面進行了徹底的變革，并取得巨大成功。在電子設計技術領域，可編程邏輯器件（PLD）已得到很好地普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設計帶來極大的靈活性。由于該器件可以通過軟件編程對其硬件結構和工作方式進行重構，使得硬件的設計可以如同軟件設計那樣方便快捷，極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設計方法、設計過程和設計觀念。隨著可編程邏輯器件集成規(guī)模不斷擴大、自身功能不斷完善，以及計算機輔助設計技術的提高，使現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計領域的電子設計自動化（ElectronicDesignAutoma-tion，EDA）技術得到快速發(fā)展?！　∧壳?，EDA技術已經(jīng)成為很多高等工科院校本科學生的必修課程，但在此之前同學們還必須修數(shù)字電子技術課程。然而這兩門課程的內容是互相支持的，關系是十分緊密的。講授數(shù)字電子技術時免不了要涉及EDA技術，但講授EDA技術前還必須先修數(shù)字電子技術。為了解決這個矛盾，《數(shù)字系統(tǒng)的VHDL設計》教材的構思應運而生。教材把兩門課程的內容緊密地融合為一體，教學中把數(shù)字電子技術和EDA技術合并為一門課程，在此課程學習的基礎上，增加一門EDA實訓課程，使學生們在EDA技術的學習中，既學到了理論，又得到實際設計的鍛煉。

內容概要

　　《21世紀高等院校電子信息類本科規(guī)劃教材：數(shù)字系統(tǒng)的VHDL設計》共12章，包括數(shù)制與編碼、邏輯代數(shù)與VHDL基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、存儲器、數(shù)模與模數(shù)轉換、數(shù)字系統(tǒng)設計、可編程邏輯器件、VHDL仿真和VHDL綜合，各章后附有思考題和習題?！　　?1世紀高等院校電子信息類本科規(guī)劃教材：數(shù)字系統(tǒng)的VHDL設計》涵蓋_廠數(shù)字電子技術的基本理論和基本概念，并以硬件描述語言（VHDL）為工具，介紹了數(shù)字電路及系統(tǒng)的設計方法。書中列舉了大量的基于VHDL的門電路、觸發(fā)器、組合邏輯電路、時序邏輯電路、存儲器和數(shù)字系統(tǒng)設計的實例，供讀者參考。每個設計實例都經(jīng)過了電子設計自動化（EDA）軟件的編譯和仿真，確保無誤。　　本教材圖文并茂、通俗易懂，可作為高等院校工科電子、信息、通信、自動化類專業(yè)的數(shù)字電子技術、EDA技術、硬件描述語言等基礎課教材和相關工程技術人員的參考資料。

書籍目錄

第1章 數(shù)制與編碼1.1 概述1.1.1 模擬電子技術和數(shù)字電子技術1.1.2 脈沖信號和數(shù)字信號1.1.3 數(shù)字電路的特點1.2 數(shù)制1.2.1 四種數(shù)制1.2.2 數(shù)制之間的轉換1.3 編碼1.3.1 二一十進制編碼1.3.2 字符編碼1.4 現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設計方法本章小結思考題和習題第2章 邏輯代數(shù)和VHDL基礎2.1 邏輯代數(shù)基本概念2.1.1 邏輯常量和邏輯變量2.1.2 基本邏輯和復合邏輯2.1.3 邏輯函數(shù)的表示方法2.1.4 邏輯函數(shù)的相等2.2 邏輯代數(shù)的運算法則2.2.1 邏輯代數(shù)的基本公式2.2.2 邏輯代數(shù)的基本定理2.2.3 邏輯代數(shù)的常用公式2.2.4 異或運算公式2.3 邏輯函數(shù)的表達式2.3.1 邏輯函數(shù)的常用表達式2.3.2 邏輯函數(shù)的標準表達式2.3.3 約束及其表示方法2.4 邏輯函數(shù)的公式簡化法2.4.1 邏輯函數(shù)簡化的意義2.4.2 邏輯函數(shù)的公式簡化法2.5 VHDL基礎2.5.1 VHDI.設計實體的基本結構2.5.2 VHDL語言要素2.5.3 VHDL的順序語句2.5.4 并行語句本章小結思考題和習題第3章 門電路3.1 概述3.2 TTL集成門3.2.1 TTL集成與非門3.2.2 TTL與非門的外部特性3.2.3 TTL與非門的主要參數(shù)3.3.2 TTL與非門的改進電路3.2.5 TTL集成電路多余輸入端的處理3.2.6 TTL其他類型的集成電路3.2.7 TTL電路的系列產(chǎn)品3.3 其他類型的雙極型集成電路3.3.1 ECI.電路3.3.2 IL電路3.4 MOS集成門3.4.1 MOS管3.4.2 MOS管開關的電路結構和工作原理3.4.3 MOS非門3.4.4 MOS門3.4.5 CMOS門的外部特性3.5 基于VHDL的門電路設計本章小結習題第4章 組合邏輯電路4.1 概述4.1.1 組合邏輯電路的結構和特點4.1.2 組合邏輯電路的分析方法4.1.3 組合邏輯電路的設計方法4.2 若干常用的組合邏輯電路4.2.1 算術運算電路4.2.2 編碼器4.2.3 譯碼器4.2.4.數(shù)據(jù)選擇器4.2.5 數(shù)值比較器4.2.6 奇偶校驗器4.3 基于VHDI的組合邏輯電路設計4.3.1 加法器的設計4.3.2 編碼器的設計4.3.3 譯碼器的設計4.3.4 數(shù)據(jù)選擇器的設計4.3.5 數(shù)值比較器的設計4.3.6 奇偶校驗器的設計4.4 組合邏輯電路的競爭——冒險現(xiàn)象本章小結習題第5章 觸發(fā)器5.1 概述5.2 基本：RS觸發(fā)器5.2.1 由與非門構成的基本RS觸發(fā)器5.2.2 由或非門構成的基本RS觸發(fā)器5.3 鐘控觸發(fā)器5.3.1 鐘控RS觸發(fā)器5.3.2 鐘控D型觸發(fā)器5.3.3 鐘控JK觸發(fā)器5.3.4 鐘控T型觸發(fā)器5.3.5 鐘控T型觸發(fā)器5.4 集成觸發(fā)器5.4.1 邊沿JK觸發(fā)器5.4.2 維持一阻塞結構集成觸發(fā)器5.5 觸發(fā)器之間的轉換5.5.1 用JK觸發(fā)器實現(xiàn)其他類型觸發(fā)器5.5.2 用D觸發(fā)器實現(xiàn)其他類型觸發(fā)器的轉換5.6 基于VHDI的觸發(fā)器設計5.6.1 基本RS觸發(fā)器的設計5.6.2 D鎖存器的設計5.6.3 D觸發(fā)器的設計5.6.4 JK觸發(fā)器的設計本章小結習題第6章 時序邏輯電路6.1 概述6.1.1 時序邏輯電路功能的描述方法6.1.2 時序邏輯電路的分析方法6.1.3 同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路6.2 寄存器和移位寄存器6.2.1 數(shù)碼寄存器6.2.2 移位寄存器6.2.3 集成移位寄存器6.3 計數(shù)器6.3.1 同步計數(shù)器的分析6.3.2 異步計數(shù)器6.3.3 集成計數(shù)器6.4 同步時序邏輯電路的設計6.4.1 數(shù)碼寄存器的設計6.4.2 移位寄存器的設計6.4.3 同步計數(shù)器的設計6.4.4 順序脈沖發(fā)生器的設計6.4.5 序列信號發(fā)生器的設計6.4.6 序列信號檢測器的設計6.4.7 一般同步時序邏輯電路的設計6.5 異步時序邏輯電路的設計本章小結習題第7章 半導體存儲器7.1 概述7.1.1 半導體存儲器的結構7.1.2 半導體存儲器的分類7.2 隨機存儲器7.2.1 靜態(tài)隨機存儲器7.2.2 動態(tài)隨機存儲器7.2.3 隨機存儲器的典型芯片7.3 只讀存儲器7.3.1 固定只讀存儲器7.3.2 可編程只讀存儲器7.3.3 可擦除可編程只讀存儲器7.4 半導體存儲器的應用7.5 基于VHDL的存儲器設計7.5.1 RAM的設計7.5.2 ROM的設計本章小結習題第8章 數(shù)模和模數(shù)轉換8.1 概述8.2 數(shù)模轉換8.2.1 D／A轉換器的結構8.2.2 D／A轉換器的主要技術指標8.2.3 集成D／A轉換器8.3 模數(shù)轉換8.3.1 A／D轉換器的基本原理8.3.2 A／D轉換器的類型8.3.3 A／D轉換器的主要技術指標8.3.4 集成ADC芯片本章小結習題第9章 數(shù)字系統(tǒng)設計9.1 數(shù)字系統(tǒng)的設計方法9.1.1 4位二進制計數(shù)器的設計9.1.2 設計七段顯示譯碼器decas9.1.3 計數(shù)譯碼顯示系統(tǒng)電路的設計9.2 系統(tǒng)設計實例9.2.1 8位頻率計的設計9.2.2 交通燈控制電路的設計9.2.3 數(shù)字電壓表的設計9.2.4 信號發(fā)生器的設計本章小結習題第10章 可編程邏輯器件10.1 PLD的基本原理10.1.1 PLD的分類10.1.2 陣列型PLD10.1.3 現(xiàn)場可編程門陣列10.1.4 基于查找表的結構10.2 PLD的設計技術10.2.1 PLD的設計方法lO.2.2 PLD的設計流程10.2.3 在系統(tǒng)可編程技術10.2.4 邊界掃描技術10.3 PLD的編程與配置10.3.1 CPLD的ISP方式編程10.3.2 使用PC機的并口配置FPGA本章小結習題第11章 VHDL仿真11.1 VHDL仿真支持語句11.1.1 文件操作11.1.2 文件操作實例11.2 VHDI的仿真方法11.2.1 ModelSim的命令式仿真11.2.2 ModelSim的波形仿真11.2.3 ModelSim交互命令方式仿真11.2.4 ModelSim批處理工作方式11.3 VHDL測試平臺軟件的設計11.3.1 組合邏輯電路測試平臺軟件的設計11.3.2 時序邏輯電路測試平臺軟件的設計11.3.3 數(shù)字系統(tǒng)電路測試平臺軟件的設計本章小結習題第12章 VHDL綜合與優(yōu)化12.1 綜合的概念12.2 VHDI設計的硬件實現(xiàn)12.2.1 編輯設計文件12.2.2 編譯設計文件12.2.3 仿真設計文件12.2.4 編程下載設計文件12.3 設計優(yōu)化12.3.1 面積與速度的優(yōu)化12.3.2 時序約束與選項設置12.3.3 Fitter設置12.4 QuartusⅡ的RTL閱讀器本章小結習題附錄A 國產(chǎn)半導體集成電路型號命名法（GB3430一82）附錄B AlteraDE2開發(fā)板使用方法參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　數(shù)制與編碼　　1.1　概述　　1.1.1　模擬電子技術和數(shù)字電子技術　　電子技術分為模擬電子技術和數(shù)字電子技術。模擬電子技術是分析和處理模擬信號的技術，模擬信號具有在數(shù)值上和時間上都是連續(xù)的特點，正弦波是模擬信號的典型代表。在模擬電路中，使用的主要器件是晶體管，控制晶體管工作在線性區(qū)（即放大區(qū)），構成信號的放大和正弦振蕩電路。

編輯推薦

　　《數(shù)字系統(tǒng)的VHDL設計》圖文并茂、通俗易懂，可作為高等院校工科電子、信息、通信、自動化類專業(yè)的數(shù)字電子技術、EDA技術、硬件描述語言等基礎課教材和相關工程技術人員的參考資料。

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