FPGA/CPLD應用技術(shù)

前言

　　隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，可編程邏輯器件應用技術(shù)得到了廣泛應用，社會對專業(yè)技術(shù)人員的要求逐步提高。它作為現(xiàn)代電子設(shè)計最新技術(shù)的結(jié)晶，融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，由計算機自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，從而實現(xiàn)電子產(chǎn)品設(shè)計的自動化。這一技術(shù)極大地提高了電路設(shè)計的效率和可靠性，減輕了設(shè)計者的勞動強度，得到了廣泛應用，社會對專業(yè)技術(shù)人員的要求逐步提高。它加快了當今社會向數(shù)字化社會的進程，許多院校根據(jù)行業(yè)發(fā)展需要都開設(shè)了這門課程?！　∩钲诼殬I(yè)技術(shù)學院可編程邏輯器件應用技術(shù)課程組的教師經(jīng)過多年的教學改革實踐與校企合作，于2008年將該課程建設(shè)成為國家電子教指委精品課程。作為精品課程建設(shè)的成果之一，本書基于工作任務進行內(nèi)容設(shè)計，共安排了24個工作任務，由工作任務入手，引入相關(guān)知識和理論，通過技能訓練引出相關(guān)概念、設(shè)計技巧，體現(xiàn)做中學、學中練的教學思路與職業(yè)教育特色。實踐部分有理論分析，理論部分以實踐作為依托，理論與實踐融為一體，互相補充，循環(huán)深入。這種按照認識規(guī)律，用實際工作任務引導，而不是靠理論體系的邏輯關(guān)系引導的敘述體系，是本書的最大特點。　　所有任務均采用Verilog HDL語言設(shè)計代碼實現(xiàn)。目前，電子設(shè)計行業(yè)常用的兩種硬件描述語言是VHDL和Verilog HDL，這兩種語言都應用得比較廣泛，其中，Verilog HDL的語言規(guī)則非常接近C語言，大多數(shù)工程師都可以迅速上手，因而擁有更多的用戶，本書就是采用Verilog HDL完成所有的設(shè)計任務的?！　”緯蝿赵O(shè)計逐層遞進、由易到難，體現(xiàn)了可操作性和擴展性，根據(jù)難度和綜合性可劃分為四個層次。第一層包括第1章，它是本書與傳統(tǒng)數(shù)字電路知識的銜接部分，兩個任務均采用傳統(tǒng)的原理圖設(shè)計方法，并引入了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境，包括可編程邏輯器件硬件系統(tǒng)和常用EDA軟件設(shè)計平臺，通過硬件設(shè)計載體和軟件設(shè)計平臺的學習，了解各種可編程邏輯器件的電路結(jié)構(gòu)、工作原理，掌握EDA工具軟件的使用方法，是EDA技術(shù)學習的第一步；第二層包括第2章，在第1章的基礎(chǔ)之上，把設(shè)計任務改為采用硬件描述語言進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，在任務中引入硬件描述語言的概念及語法知識點；第三層包括第3~5章，以大量的任務和實例介紹了采用Verilog語言進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟和方法；第四層次包括第6章，從綜合應用的角度，給出了7個綜合設(shè)計項目，具有很強的實踐性和可操作性。以上四個層次，從內(nèi)容上看，實例引導，前后呼應；從結(jié)構(gòu)上看，層層遞進，深入淺出。　　本書內(nèi)容精煉，避免長篇大論；語言通俗易懂，引入了與實踐相關(guān)的圖、表、提示、警告等內(nèi)容，易于教學，實用性強。本書通過24個工作任務，主要介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)環(huán)境、可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)和開發(fā)工具軟件、Verilog HDL語言及其應用、組合邏輯電路設(shè)計、時序邏輯電路設(shè)計、數(shù)字系統(tǒng)的驗證、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐任務等內(nèi)容。參考學時約為80學時，在使用時可根據(jù)具體教學情況取舍部分內(nèi)容和適當增減學時?！　”緯赏蹯o霞任主編，對本書進行總體策劃、編寫指導及全書統(tǒng)稿；余菲和溫國忠任副主編，協(xié)助完成以上工作。具體編寫分工為王靜霞編寫第1章，劉俐編寫第2章，余菲編寫第3章和第6章的任務20、23和24，溫國忠編寫第4、5章，深圳信息職業(yè)技術(shù)學院的王穎編寫第6章的任務19、20、22和23。

內(nèi)容概要

　　 本書按照最新的職業(yè)教育教學改革要求，結(jié)合國家示范院校建設(shè)課程改革成果，以及多年的校企合作經(jīng)驗進行編寫。全書以工作任務為導向，系統(tǒng)地介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)環(huán)境、可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)和開發(fā)工具軟件、Verilog HDL語言及其應用、組合邏輯電路設(shè)計、時序邏輯電路設(shè)計、數(shù)字系統(tǒng)的驗證、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐等。全書共安排了24個工作任務，由工作任務入手，引入相關(guān)知識和理論，通過技能訓練引出相關(guān)概念、設(shè)計技巧，體現(xiàn)做中學、學中練的教學思路與職業(yè)教育特色。本書配有電子教學課件、習題參考答案和Verilog HDL代碼文件，詳見前言。    讀者對象：本書內(nèi)容精煉，易于教學，可作為高職高專院校電子信息類、計算機類、自動化類等專業(yè)課程教材，也可作為應用型本科、成人教育、函授學院、電視大學、中職學校相關(guān)課程的教材，以及電子工程技術(shù)人員的一本好參考書。

作者簡介

王靜霞，女，副教授。高級技師、高級考評員，深圳職業(yè)技術(shù)學院電信學院骨干教師，長期擔任單片機應用技術(shù)。微機原理、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等課程的教學和科研工作。2001年在深圳市所羅門慶成集成電路有限公司完成，“超聲波汽車倒泊防撞報警器”項目的開發(fā)設(shè)計與研究工作2002年完成教育部課題《微型計算機原理及應用》新世紀網(wǎng)絡課程項目的設(shè)計；2005年在美國博伊西州立大學電子系擔任訪問學者一年，參與美國FAA(聯(lián)邦管理局)“Center of Excellence for Airliner Cabin Environment Research(ACER)”項目的研究。

書籍目錄

第1章 認識數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)環(huán)境  教學導航  任務1 基于原理圖實現(xiàn)的基本門電路設(shè)計  任務2 基于原理圖實現(xiàn)的2選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計  知識梳理與總結(jié)  習題1第2章 Verilog設(shè)計基礎(chǔ)  教學導航  任務3 基于HDL實現(xiàn)的基本門電路設(shè)計  任務4 基于HDL實現(xiàn)的2選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計  任務5 2位二進制數(shù)據(jù)比較器的設(shè)計  任務6 4選1數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計  知識梳理與總結(jié)  習題2第3章 組合邏輯電路設(shè)計  教學導航  任務7 三人表決器設(shè)計  任務8 一位加法器的設(shè)計  任務9 3-8譯碼器的設(shè)計  任務10 基于三態(tài)門的雙向端口設(shè)計  任務11 七段LED數(shù)碼管顯示電路設(shè)計  知識梳理與總結(jié)  習題3第4章 時序邏輯電路設(shè)計  教學導航  任務12 上升沿檢測電路設(shè)計  任務13 帶異步復位/同步置位端的D觸發(fā)器設(shè)計  任務14 計數(shù)器設(shè)計  任務15 分頻器設(shè)計  任務16 流水燈設(shè)計  任務17 采用狀態(tài)機實現(xiàn)序列檢測器設(shè)計  知識梳理與總結(jié)  習題4第5章 數(shù)字系統(tǒng)的驗證  教學導航  任務18 跑表的設(shè)計及驗證  知識梳理與總結(jié)  習題5第6章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐  任務19 簡易數(shù)字鐘設(shè)計  任務20 可編程多彩霓虹燈設(shè)計  任務21 多功能數(shù)字鐘設(shè)計  任務22 交通燈控制器設(shè)計  任務23 多功能密碼鎖設(shè)計  任務24 自動售貨機設(shè)計

章節(jié)摘錄

　　除了FPGA，Xilinx產(chǎn)品線還包括復雜可編程邏輯器件（CPLD）。在某些控制應用方面，CPI.D通常比FPGA速度快，但其提供的邏輯資源較少。Xilinx可編程邏輯解決方案縮短了電子設(shè)備制造商開發(fā)產(chǎn)品的時間并加快了產(chǎn)品面市的速度，從而減小了制造商的風險。與采用傳統(tǒng)方法如固定邏輯門陣列相比，利用：Xilinx可編程器件，客戶可以更快地設(shè)計和驗證他們的電路。而且，由于Xilinx器件是只需要進行編程的標準部件，客戶不需要像采用固定邏輯芯片時那樣等待樣品或者付出巨額成本。Xilinx產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應用于從無線電話基站到DVD播放機的數(shù)字電子應用技術(shù)中?！　ilinx公司生產(chǎn)的CPI。D產(chǎn)品包括XC9500系列和CoolRunner系列。XC9500系列產(chǎn)品包括XC9500、9500XL和XC9500XV三種類型Cool：Runner。系列產(chǎn)品包括（CoolRunner XPIA和CoolRunner Ⅱ兩種類型。　　Xilinx的主流FPGA分為兩大類，一種側(cè)重低成本應用，容量中等，性能可以滿足一般的邏輯設(shè)計要求，如Spartan系列；還有一種側(cè)重于高性能應用，容量大，性能能滿足各類高端應用，如Virtex系列，用戶可以根據(jù)自己實際應用要求進行選擇。在性能可以滿足的情況下，優(yōu)先選擇低成本器件。

編輯推薦

　　國家示范高職院校建設(shè)項目成果，中國電子教育學會推薦教材。國家精品課配套教材?！　「鶕?jù)職業(yè)崗位需求，結(jié)合多年的教學改革經(jīng)驗與工學結(jié)合實踐設(shè)計課程內(nèi)容　　以工作任務為導向，通過靈活多樣的教學方法，介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的知識與技能　　設(shè)置有24個工作任務，體現(xiàn)做中學、學中練的教學思路與職業(yè)教育特色　　配有電子教學課件、習題參考答案、VeriIog HDL代碼及精品課程鏈接網(wǎng)址

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