數(shù)字邏輯EDA設(shè)計(jì)與實(shí)踐

前言

　　自20世紀(jì)80年代以來(lái)，微電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展。在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，大規(guī)模、超大規(guī)模的可編程邏輯器件及其軟件開(kāi)發(fā)工具相繼推出，從而引起了數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的巨大變革。如Ahem公司的MAX+plusⅡ和QuartusⅡ、Xilinx公司的ISE4.1、Lattice公司的ispLEVER及Actel公司的Libero。由于Ahera公司實(shí)施的高校合作計(jì)劃，大多數(shù)工程研發(fā)人員在大學(xué)期間最早接觸且使用最多的就是MAX＋plusⅡ，同時(shí)MAX＋plusⅡ的開(kāi)發(fā)工具界面友好，操作方便，因此更容易被研發(fā)人員接受。MAX＋plusⅡ和QuartusⅡ都提供自身的綜合工具和仿真工具，因此本書(shū)選擇了MAX+plusⅡ和QuartusⅡ?！　≡谌嫱七M(jìn)素質(zhì)教育的形勢(shì)下，為培養(yǎng)出面向21世紀(jì)的高素質(zhì)大學(xué)生，現(xiàn)代高等學(xué)校的重點(diǎn)任務(wù)將是把學(xué)生的“潛力”轉(zhuǎn)化為“能力”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。因此，數(shù)字邏輯的研究和實(shí)現(xiàn)方法隨之發(fā)生變化，從而促使數(shù)字邏輯的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段也不斷更新、完善和開(kāi)拓。借助EDA軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)、模擬和調(diào)試，這種硬件軟化的實(shí)驗(yàn)方法具有容易設(shè)計(jì)、容易修改和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高實(shí)驗(yàn)效率。對(duì)于EDA軟件的學(xué)習(xí)，只需要提供一個(gè)環(huán)境和一本指導(dǎo)書(shū)，剩下的就是學(xué)生自己的事了。因此，提供一本好的指導(dǎo)書(shū)和教學(xué)參考資料是作者撰寫(xiě)此書(shū)的目的。　　本書(shū)所涉及的內(nèi)容包含EDA技術(shù)、可編程邏輯器件CPLD／FPGA的基本概念和基本知識(shí)以及MAX+plusⅡ與QuartusⅡ等EDA開(kāi)發(fā)工具的使用方法和技巧，通過(guò)大量設(shè)計(jì)實(shí)例詳細(xì)地介紹了基于EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法?！　”緯?shū)的特點(diǎn)是以數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線，結(jié)合豐富的實(shí)例按照由淺入深的學(xué)習(xí)規(guī)律，循序漸進(jìn)，逐步引入相關(guān)EDA技術(shù)和工具，通俗易懂，重點(diǎn)突出。本書(shū)適合作為EDA技術(shù)、數(shù)字邏輯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)的教材和指導(dǎo)書(shū)，它可用于大學(xué)高年級(jí)學(xué)生、研究生教學(xué)及電子設(shè)計(jì)工程師技術(shù)培訓(xùn)，以提供和更新其采用VHD[.語(yǔ)言與可編程邏輯器件的電子設(shè)計(jì)方法學(xué)方面的知識(shí)和技術(shù)內(nèi)容，也可供從事數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子工程師參考?！　”緯?shū)共分為6章。第1章介紹了EDA技術(shù)的發(fā)展，EDA設(shè)計(jì)流程及其涉及的領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)，互聯(lián)網(wǎng)上的EDA資源；第2章介紹了PROM、PTA、PAL、GAL、CPLD、FPGA等各種可編程邏輯器件的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法和未來(lái)發(fā)展方向，并重點(diǎn)介紹了。Ahera公司幾種典型CPLD／FPGA器件及其最新發(fā)展動(dòng)態(tài)；第3章介紹了MAX＋plusⅡ軟件的特點(diǎn)與使用方法，并通過(guò)具體實(shí)例，給出了使用MAX＋plusⅡ軟件進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的EDA方法，并給出了相關(guān)的習(xí)題與實(shí)驗(yàn)供讀者練習(xí)以加深理解；第4章以示例形式介紹了VHDL語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)與設(shè)計(jì)方法；第5章介紹了Quartu8Ⅱ軟件的特點(diǎn)與使用方法，MAX＋plusⅡ與QuartusⅡ的關(guān)系。并通過(guò)具體實(shí)例，給出了在GW48EDA開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，使用QuartusⅡ軟件進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的EDA方法。并給出了相關(guān)習(xí)題與數(shù)字邏輯基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型和研究型實(shí)驗(yàn)供讀者練習(xí)以加深理解；第6章介紹了數(shù)字系統(tǒng)的EDA層次化設(shè)計(jì)方法，并給出了它在測(cè)量?jī)x器、自控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、雷達(dá)等領(lǐng)域的10個(gè)綜合應(yīng)用實(shí)例。

內(nèi)容概要

全書(shū)以數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線，結(jié)合豐富的實(shí)例，按照由淺入深的學(xué)習(xí)規(guī)律，逐步引入相關(guān)EDA技術(shù)和工具，通俗易懂，重點(diǎn)突出。適合作為EDA技術(shù)、數(shù)字邏輯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)的教材和指導(dǎo)書(shū)，也可作為高年級(jí)本科生、研究生教學(xué)及電子設(shè)計(jì)工程師技術(shù)培訓(xùn)用書(shū)，也可供從事數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子工程師參考。    本書(shū)是作者多年從事“數(shù)字邏輯”課程教學(xué)及EDA工程實(shí)踐的總結(jié)，也是湖北省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)學(xué)科教育中的分級(jí)實(shí)踐教學(xué)模式研究（20050343）”的研究成果之一，本書(shū)的體系經(jīng)過(guò)了多年的本科教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，效果很好，滿足教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)于2008年10月發(fā)布的《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與規(guī)范》。在本書(shū)的修訂過(guò)程中，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師王典洪博士，解放軍理工大學(xué)理學(xué)院電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心主任夏漢初高級(jí)工程師，武漢工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程系“數(shù)字邏輯”課題組的全體老師均提出了許多珍貴意見(jiàn)，并給予了大力支持和鼓勵(lì)，在此對(duì)他們的幫助表示衷心感謝。

書(shū)籍目錄

第1章　EDA概述  1.1　EDA技術(shù)及其發(fā)展    1.1.1  EDA技術(shù)的發(fā)展歷程    1.1.2  EDA技術(shù)的主要內(nèi)容    1.1.3  EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)  1.2　硬件描述語(yǔ)言  1.3　EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法與流程    1.3.1　EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法    1.3.2　基于EDA技術(shù)的數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程  1.4  EDA技術(shù)在“數(shù)字邏輯”課程中的應(yīng)用  1.5  EDA軟件簡(jiǎn)介  1.6　互聯(lián)網(wǎng)上的EDA資源  習(xí)題第2章　可編程邏輯基礎(chǔ)  2.1　可編程邏輯器件的發(fā)展歷程及特點(diǎn)    2.1.1  可編程邏輯器件的發(fā)展歷程    2.1.2　可編程邏輯器件的特點(diǎn)  2.2　可編程邏輯器件的分類    2.2.1　按集成度分類    2.2.2　按編程特性分類    2.2.3　按結(jié)構(gòu)分類  2.3　簡(jiǎn)單PLD原理    2.3.1  PLD中陣列的表示方法    2.3.2  PROM    2.3.3  PLA器件    2.3.4  PAL器件    2.3.5  GAL器件  2.4  CPLD      2.4.1  CPLD的基本結(jié)構(gòu)    2.4.2  Altera公司MAX系列CPLD簡(jiǎn)介  2.5  FPGA      2.5.1　FPGA的基本結(jié)構(gòu)    2.5.2　Ahera公司FPGA系列FLEX 10K器件的結(jié)構(gòu)    2.5.3　嵌入陣列塊    2.5.4　邏輯陣列塊    2.5.5　邏輯單元    2.5.6　快速通道互連    2.5.7　輸入輸出單元  2.6　可編程邏輯器件的發(fā)展趨勢(shì)    2.6.1  下一代可編程邏輯器件硬件上的四大發(fā)展趨勢(shì)    2.6.2　下一代EDA開(kāi)發(fā)軟件的發(fā)展趨勢(shì)  2.7　Ahera公司的CPLD/FPGA產(chǎn)品概述  習(xí)題第3章　MAX 4-plus Ⅱ開(kāi)發(fā)工具  3.1　MAX+plus Ⅱ的主要特點(diǎn)  3.2　MAX+plus Ⅱ軟件設(shè)計(jì)流程    3.2.1　設(shè)計(jì)輸入    3.2.2　設(shè)計(jì)處理    3.2.3　設(shè)計(jì)校驗(yàn)    3.2.4　器件編程    3.2.5　聯(lián)機(jī)求助  3.3　MAX+plus Ⅱ在組合電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    3.3.1　建立圖形設(shè)計(jì)文件    3.3.2　設(shè)計(jì)項(xiàng)目編譯    3.3.3　設(shè)計(jì)項(xiàng)目校驗(yàn)    3.3.4　引腳鎖定    3.3.5  器件編程下載與硬件測(cè)試  3.4　MAX+plusⅡ在時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    3.4.1　設(shè)計(jì)輸入    3.4.2　設(shè)計(jì)項(xiàng)目校驗(yàn)    3.4.3  引腳鎖定    3.4.4　器件編程下載與硬件測(cè)試  3.5　參數(shù)可設(shè)置Altera宏功能模塊的應(yīng)用    3.5.1　基于LPM—COUNTER的數(shù)控分頻器設(shè)計(jì)    3.5.2　基于LPM—ROM的4位乘法器設(shè)計(jì)    3.5.3　基于Ahera兆功能塊的4位流水線加法器的設(shè)計(jì)  3.6　MAX+plus Ⅱ設(shè)計(jì)實(shí)例  3.7　實(shí)驗(yàn)    實(shí)驗(yàn)3—1　原理圖輸入設(shè)計(jì)8位加法器    實(shí)驗(yàn)3—2　4—16線譯碼器的EDA設(shè)計(jì)　……第5章　Quartus Ⅱ開(kāi)發(fā)系統(tǒng)第6章　數(shù)字系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)附錄A　GW48EDA系統(tǒng)使用說(shuō)明附錄B　電子資源說(shuō)明參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　EDA概述　　1.1　EDA技術(shù)及其發(fā)展　　20世紀(jì)后半期，隨著集成電路和計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于電子技術(shù)發(fā)展周期不斷縮短，專用集成電路ASIC（Application Specific IC）的設(shè)計(jì)面臨著難度不斷提高與設(shè)計(jì)周期不斷縮短的矛盾。為了解決這個(gè)問(wèn)題，要求必須采用新的設(shè)計(jì)方法和使用高層次的設(shè)計(jì)工具。在此情況下，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA，Electronic Design Automation）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它是一種以計(jì)算機(jī)為基本工作平臺(tái)，幫助電子工程師從事電子元件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合技術(shù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展及縮短電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期的要求，EDA技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。　　1.1.1　EDA技術(shù)的發(fā)展歷程　　EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以EDA軟件工具為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以可編程器件為實(shí)驗(yàn)載體，以ASIC、SoC芯片為目標(biāo)器件，以數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程。

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