FPGA/CPLD應(yīng)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(yīng)用技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，社會(huì)對(duì)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(jì)最新技術(shù)的結(jié)晶，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(duì)特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，從而實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。這一技術(shù)極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可靠性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，得到了廣泛應(yīng)用，社會(huì)對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的要求逐步提高。它加快了當(dāng)今社會(huì)向數(shù)字化社會(huì)的進(jìn)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(xué)院可編程邏輯器件應(yīng)用技術(shù)課程組的教師經(jīng)過多年的教學(xué)改革實(shí)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(wù)進(jìn)行內(nèi)容設(shè)計(jì)，共安排了24個(gè)工作任務(wù)，由工作任務(wù)入手，引入相關(guān)知識(shí)和理論，通過技能訓(xùn)練引出相關(guān)概念、設(shè)計(jì)技巧，體現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中練的教學(xué)思路與職業(yè)教育特色。實(shí)踐部分有理論分析，理論部分以實(shí)踐作為依托，理論與實(shí)踐融為一體，互相補(bǔ)充，循環(huán)深入。這種按照認(rèn)識(shí)規(guī)律，用實(shí)際工作任務(wù)引導(dǎo)，而不是靠理論體系的邏輯關(guān)系引導(dǎo)的敘述體系，是本書的最大特點(diǎn)。　　所有任務(wù)均采用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)代碼實(shí)現(xiàn)。目前，電子設(shè)計(jì)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(yīng)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(jì)任務(wù)的。　　本書任務(wù)設(shè)計(jì)逐層遞進(jìn)、由易到難，體現(xiàn)了可操作性和擴(kuò)展性，根據(jù)難度和綜合性可劃分為四個(gè)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(shí)的銜接部分，兩個(gè)任務(wù)均采用傳統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)方法，并引入了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)平臺(tái)，通過硬件設(shè)計(jì)載體和軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)的學(xué)習(xí)，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(xué)習(xí)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(jì)任務(wù)改為采用硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在任務(wù)中引入硬件描述語言的概念及語法知識(shí)點(diǎn)；第三層包括第3~5章，以大量的任務(wù)和實(shí)例介紹了采用Verilog語言進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法；第四層次包括第6章，從綜合應(yīng)用的角度，給出了7個(gè)綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和可操作性。以上四個(gè)層次，從內(nèi)容上看，實(shí)例引導(dǎo)，前后呼應(yīng)；從結(jié)構(gòu)上看，層層遞進(jìn)，深入淺出?！　”緯鴥?nèi)容精煉，避免長篇大論；語言通俗易懂，引入了與實(shí)踐相關(guān)的圖、表、提示、警告等內(nèi)容，易于教學(xué)，實(shí)用性強(qiáng)。本書通過24個(gè)工作任務(wù)，主要介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yīng)用、組合邏輯電路設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)的驗(yàn)證、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐任務(wù)等內(nèi)容。參考學(xué)時(shí)約為80學(xué)時(shí)，在使用時(shí)可根據(jù)具體教學(xué)情況取舍部分內(nèi)容和適當(dāng)增減學(xué)時(shí)?！　”緯赏蹯o霞任主編，對(duì)本書進(jìn)行總體策劃、編寫指導(dǎo)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(wù)20、23和24，溫國忠編寫第4、5章，深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院的王穎編寫第6章的任務(wù)19、20、22和23。

內(nèi)容概要

　　 本書按照最新的職業(yè)教育教學(xué)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(yàn)進(jìn)行編寫。全書以工作任務(wù)為導(dǎo)向，系統(tǒng)地介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yīng)用、組合邏輯電路設(shè)計(jì)、時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)、數(shù)字系統(tǒng)的驗(yàn)證、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐等。全書共安排了24個(gè)工作任務(wù)，由工作任務(wù)入手，引入相關(guān)知識(shí)和理論，通過技能訓(xùn)練引出相關(guān)概念、設(shè)計(jì)技巧，體現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中練的教學(xué)思路與職業(yè)教育特色。本書配有電子教學(xué)課件、習(xí)題參考答案和Verilog HDL代碼文件，詳見前言。    讀者對(duì)象：本書內(nèi)容精煉，易于教學(xué)，可作為高職高專院校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)課程教材，也可作為應(yīng)用型本科、成人教育、函授學(xué)院、電視大學(xué)、中職學(xué)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(jí)技師、高級(jí)考評(píng)員，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院骨干教師，長期擔(dān)任單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)。微機(jī)原理、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等課程的教學(xué)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(bào)警器”項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計(jì)與研究工作2002年完成教育部課題《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)；2005年在美國博伊西州立大學(xué)電子系擔(dān)任訪問學(xué)者一年，參與美國FAA(聯(lián)邦管理局)“Center of Excellence for Airliner Cabin Environment Research(ACER)”項(xiàng)目的研究。

書籍目錄

第1章 認(rèn)識(shí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境  教學(xué)導(dǎo)航  任務(wù)1 基于原理圖實(shí)現(xiàn)的基本門電路設(shè)計(jì)  任務(wù)2 基于原理圖實(shí)現(xiàn)的2選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)  知識(shí)梳理與總結(jié)  習(xí)題1第2章 Verilog設(shè)計(jì)基礎(chǔ)  教學(xué)導(dǎo)航  任務(wù)3 基于HDL實(shí)現(xiàn)的基本門電路設(shè)計(jì)  任務(wù)4 基于HDL實(shí)現(xiàn)的2選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)  任務(wù)5 2位二進(jìn)制數(shù)據(jù)比較器的設(shè)計(jì)  任務(wù)6 4選1數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì)  知識(shí)梳理與總結(jié)  習(xí)題2第3章 組合邏輯電路設(shè)計(jì)  教學(xué)導(dǎo)航  任務(wù)7 三人表決器設(shè)計(jì)  任務(wù)8 一位加法器的設(shè)計(jì)  任務(wù)9 3-8譯碼器的設(shè)計(jì)  任務(wù)10 基于三態(tài)門的雙向端口設(shè)計(jì)  任務(wù)11 七段LED數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)  知識(shí)梳理與總結(jié)  習(xí)題3第4章 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)  教學(xué)導(dǎo)航  任務(wù)12 上升沿檢測電路設(shè)計(jì)  任務(wù)13 帶異步復(fù)位/同步置位端的D觸發(fā)器設(shè)計(jì)  任務(wù)14 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)  任務(wù)15 分頻器設(shè)計(jì)  任務(wù)16 流水燈設(shè)計(jì)  任務(wù)17 采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)序列檢測器設(shè)計(jì)  知識(shí)梳理與總結(jié)  習(xí)題4第5章 數(shù)字系統(tǒng)的驗(yàn)證  教學(xué)導(dǎo)航  任務(wù)18 跑表的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證  知識(shí)梳理與總結(jié)  習(xí)題5第6章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐  任務(wù)19 簡易數(shù)字鐘設(shè)計(jì)  任務(wù)20 可編程多彩霓虹燈設(shè)計(jì)  任務(wù)21 多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)  任務(wù)22 交通燈控制器設(shè)計(jì)  任務(wù)23 多功能密碼鎖設(shè)計(jì)  任務(wù)24 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)

章節(jié)摘錄

　　除了FPGA，Xilinx產(chǎn)品線還包括復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）。在某些控制應(yīng)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(shí)間并加快了產(chǎn)品面市的速度，從而減小了制造商的風(fēng)險(xiǎn)。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(jì)和驗(yàn)證他們的電路。而且，由于Xilinx器件是只需要進(jìn)行編程的標(biāo)準(zhǔn)部件，客戶不需要像采用固定邏輯芯片時(shí)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(yīng)用于從無線電話基站到DVD播放機(jī)的數(shù)字電子應(yīng)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?！　ilinx的主流FPGA分為兩大類，一種側(cè)重低成本應(yīng)用，容量中等，性能可以滿足一般的邏輯設(shè)計(jì)要求，如Spartan系列；還有一種側(cè)重于高性能應(yīng)用，容量大，性能能滿足各類高端應(yīng)用，如Virtex系列，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)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(xiàng)目成果，中國電子教育學(xué)會(huì)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(xué)改革經(jīng)驗(yàn)與工學(xué)結(jié)合實(shí)踐設(shè)計(jì)課程內(nèi)容　　以工作任務(wù)為導(dǎo)向，通過靈活多樣的教學(xué)方法，介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的知識(shí)與技能　　設(shè)置有24個(gè)工作任務(wù)，體現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中練的教學(xué)思路與職業(yè)教育特色　　配有電子教學(xué)課件、習(xí)題參考答案、VeriIog HDL代碼及精品課程鏈接網(wǎng)址

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