基于VHDL語言的微機接口電路設(shè)計

前言

以集成電路為基礎(chǔ)，以傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)是實施國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要的《高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。它已經(jīng)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產(chǎn)業(yè)，并為改造和拉動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)以及農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的推廣應用、邁向數(shù)字時代提供了強大的推力和堅實的基礎(chǔ)。因此，國家需要大批信息技術(shù)（Information Technology，IT）方面的人才，而國內(nèi)目前的IT教育主要是高等學校的計算機、電子、電信、信息技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的學歷教育，每年培養(yǎng)的大學畢業(yè)生在數(shù)量和質(zhì)量上遠遠不能滿足市場的需要。在科學技術(shù)領(lǐng)域，包括計算機在內(nèi)的電子系統(tǒng)正朝著片上系統(tǒng)（System onChip，SOC）發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展促進了傳統(tǒng)設(shè)計方法的進步，掌握硬件描述語言Verilog或VHDI。（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）和計算機接口技術(shù)，用電子設(shè)計自動化（Electronic Design Amomation，EDA）來設(shè)計電子系統(tǒng)是電子信息類大學生應具備的基本技能。但是目前計算機專業(yè)的傳統(tǒng)教學模式普遍存在“重軟件、輕硬件”、課程設(shè)置陳舊、教學內(nèi)容滯后、理論與實踐嚴重脫節(jié)等問題，使得學生畢業(yè)后需要的崗位專業(yè)應用技術(shù)嚴重不足，需要經(jīng)過較長時間的培訓才能勝任工作。例如“微機接口技術(shù)”課作為高等院校計算機專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，教學中的普遍情況是：使用的教材陳舊，對芯片的應用現(xiàn)狀和新技術(shù)發(fā)展很少涉及。課堂上單純理論分析，再加上大量匯編語言編寫的初始化程序和應用程序，使學生感覺枯燥乏味；而實驗課教學又普遍采用Intel80x86系列接口芯片的功能驗證性實驗，在內(nèi)容和形式上基本是固定的，缺乏學生自主的創(chuàng)新環(huán)節(jié)，并且不能與當前的最新技術(shù)同步。為了適應21世紀的發(fā)展趨勢，計算機專業(yè)課程的知識結(jié)構(gòu)需要更新，教學實驗的手段也要有比較大的改觀。我們從1995年開始在研究生的“微型計算機系統(tǒng)接口技術(shù)”課引入Lattice公司的在系統(tǒng)編程（In-System Programmability，ISP）器件ispLS11024實現(xiàn)了軟磁盤接口電路的EDA教學實驗，并從2002年開始采用Altera公司的復雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）芯片EPM7128和現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）芯片ACEXEPlK為本科生的“微計算機技術(shù)”課、“微機接口設(shè)計與vHDL語言”課和大學三年級的“專業(yè)實踐”課提供了教學實驗的環(huán)節(jié)。根據(jù)多年來的教學經(jīng)驗，我們認為vHDL語言是面向硬件描述對象的語言，在學習方式上應該與其他的高級語言有所不同，只有結(jié)合硬件設(shè)計對象來學習才能更好地理解和掌握它。編寫本書的主要目的是希望將VHDL語言和微機接口電路原理的學習緊密地結(jié)合起來，學生通過從分析系統(tǒng)需求、程序設(shè)計、仿真模擬、目標電路代碼裝載到可編程芯片中，直到連接微機總線并且編寫接口程序進行調(diào)試這樣一個綜合多方面知識的融會貫通的全過程訓練，能夠提高學生學習硬件的興趣和信心。

內(nèi)容概要

本書將微機接口電路的設(shè)計與學習硬件描述語言緊密地結(jié)合，通過具體的設(shè)計實例來指導學習VHDL語言和掌握微機接口電路的設(shè)計方法。    全書內(nèi)容分為7章：第1章概述了接口電路的基本知識與可編程器件的應用；第2、3兩章介紹了VHDL語言的程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、基本語句等內(nèi)容；第4、5兩章詳細講述用VHDL語言描述常用的經(jīng)典微機接口電路的設(shè)計實例；第6章介紹了綜合多個接口的創(chuàng)新型實驗的設(shè)計方法；第7章以Altera公司的Quartus Ⅱ為例詳細地介紹了軟件設(shè)計工具的使用，以及基于軟核處理器Nios Ⅱ的硬/軟件系統(tǒng)設(shè)計流程和調(diào)試方法，為初學者選用更高版本的或者其他公司的EDA軟件以及進行系統(tǒng)開發(fā)起到了示范作用。最后，本書的附錄是實驗中參考的一些技術(shù)資料。    本書可以作為電子信息、計算機、自動化等相關(guān)專業(yè)的大學生、研究生的課程教材，以及作為各類電子技術(shù)人員的學習參考書使用。

書籍目錄

第1章 基本概念  1.1 計算機接口技術(shù)的發(fā)展    1.1.1 PC的外設(shè)接口    1.1.2 PC的系統(tǒng)總線    1.1.3 PC的主板芯片組  1.2 集成電路技術(shù)的發(fā)展    1.2.1 硅基微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢    1.2.2 可編程邏輯器件的發(fā)展    1.2.3 CPLD和FPGA的結(jié)構(gòu)  1.3 電子電路的設(shè)計與仿真    1.3.1 EDA工具軟件    1.3.2 PLD的設(shè)計工具    1.3.3 層次化設(shè)計與VHDL的應用  1.4 PLD與微機接口電路的實驗平臺    1.4.1 FPGA的實驗平臺    1.4.2 基于PLD的微機接口實驗平臺  習題與思考題第2章 VHDL語言與程序結(jié)構(gòu)  2.1 硬件的描述    2.1.1 電路的結(jié)構(gòu)與行為    2.1.2 信號及其延遲  2.2 VHDL語言特點與設(shè)計流程    2.2.1 VHDL語言的特點    2.2.2 VHDL的設(shè)計流程  2.3 VHDL程序基本結(jié)構(gòu)    2.3.1 實體    2.3.2 結(jié)構(gòu)體    2.3.3 配置    2.3.4 包集合    2.3.5 庫  習題與思考題第3章 VHDL語言基礎(chǔ)  3.1 詞法表示    3.1.1 數(shù)字表示法    3.1.2 字符與字符串表示法    3.1.3 位串表示法    3.1.4 命名規(guī)則及注釋  3.2 標識符    3.2.1 短標識符    3.2.2 擴展標識符  3.3 運算操作符與表達式    3.3.1 邏輯運算符(Logical)    3.3.2 算術(shù)運算符(Arithmetic)    3.3.3 關(guān)系運算符(Relational)    3.3.4 并置運算符(Concatenation)    3.3.5 運算符的優(yōu)先級  3.4 數(shù)據(jù)類型    3.4.1 標準數(shù)據(jù)類型    3.4.2 用戶自定義的數(shù)據(jù)類型  3.5 數(shù)據(jù)對象    3.5.1 常量(Constant)    3.5.2 變量(Variable)    3.5.3 信號(Signal)    3.5.4 文件(Files)  3.6 基本語句    3.6.1 并行語句    3.6.2 順序語句  3.7 VHDL設(shè)計舉例    3.7.1 8位移位寄存器的設(shè)計    3.7.2 4位微處理器的設(shè)計  習題與思考題第4章 接口電路設(shè)計(一)  4.1 I/O地址譯碼    4.1.1 微機總線的基礎(chǔ)知識    4.1.2 I/O地址譯碼片選信號的產(chǎn)生  4.2 并行接口電路的設(shè)計    4.2.1 8255的功能和結(jié)構(gòu)    4.2.2 8255的工作方式與設(shè)置    4.2.3 并行接口的VHDL設(shè)計方案    4.2.4 設(shè)計實例  4.3 串行接口電路的設(shè)計    4.3.1 串行通信的基本概念    4.3.2 8251的功能和結(jié)構(gòu)    4.3.3 8251的工作方式與設(shè)置    4.3.4 設(shè)計實例  4.4 定時/計數(shù)器的設(shè)計    4.4.1 8253/8254的功能與結(jié)構(gòu)    4.4.2 8253/8254的工作方式與設(shè)置    4.4.3 設(shè)計實例  習題與思考題第5章 接口電路設(shè)計(二)  5.1 A/D與D/A接口電路    5.1.1 A/D接口電路    5.1.2 A/D接口設(shè)計實例    5.1.3 D/A接口電路    5.1.4 D/A接口設(shè)計實例  5.2 VGA顯示接口電路    5.2.1 VGA顯示的原理    5.2.2 VGA接口電路    5.2.3 設(shè)計實例  5.3 ATA/ATAPI接口電路    5.3.1 IDE硬盤與ATA協(xié)議    5.3.2 IDE接口的設(shè)計    5.3.3 CD-ROM與ATAPI協(xié)議    5.3.4 CD-ROM接口的設(shè)計  5.4 PS/2接口電路    5.4.1 PS/2接口的功能與通信協(xié)議    5.4.2 PS/2鍵盤接口的設(shè)計    5.4.3 PS/2鼠標接口的設(shè)計  習題與思考題第6章 綜合創(chuàng)新型接口實驗的設(shè)計  6.1 USB接口電路    6.1.1 USB接口的特點與協(xié)議    6.1.2 USB接口芯片    6.1.3 USB接口電路與系統(tǒng)軟件設(shè)計  6.2 網(wǎng)絡(luò)接口電路    6.2.1 以太網(wǎng)接口簡介    6.2.2 網(wǎng)絡(luò)接口芯片    6.2.3 以太網(wǎng)接口電路的設(shè)計  6.3 綜合接口實驗的設(shè)計    6.3.1 綜合實驗的指導思想    6.3.2 綜合實驗方案的解析一    6.3.3 綜合實驗方案的解析二  習題與思考題第7章 Quartus Ⅱ軟件和TPC庫函數(shù)的使用  7.1 Quartus Ⅱ 5.1 軟件使用說明    7.1.1 建立Quartus Ⅱ工程文件    7.1.2 源程序的編寫與編譯    7.1.3 仿真與功能模擬    7.1.4 將目標代碼裝載到芯片中    7.1.5 圖形編輯器的使用    7.1.6 時間分析器的使用    7.1.7 Quartus Ⅱ工程中的文件后綴說明  7.2 TPC接口卡庫函數(shù)的使用    7.2.1 在Windows XP/2000下的編程    7.2.2 TPC接口卡的庫函數(shù)使用    7.2.3 關(guān)于DMA方式的編程    7.2.4 TPC接口卡在Windows 98下的使用    7.2.5 Linux操作系統(tǒng)下的接口實驗  7.3 Altera的Nios Ⅱ使用說明    7.3.1 基于Nios Ⅱ的硬件系統(tǒng)設(shè)計    7.3.2 基于Nios Ⅱ的軟件系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試附錄A 第二套掃描碼集附錄B 第三套掃描碼集附錄C Windows中的Virtual-Key Codes附錄D PS/2鍵盤命令集附錄E PS/2鼠標命令集附錄F ASCII碼表附錄G 常用DOS功能調(diào)用命令參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電路是典型的結(jié)構(gòu)描述，它是元件（component）的集合。元件的端口之間用信號線連接，連接的信號線形成一個信號（signal）。元件通常是一個具備一定功能或者結(jié)構(gòu)的模塊（module），模塊內(nèi)還可以嵌套規(guī)模較小的子模塊（sub-module）。各模塊之間用信號相關(guān)聯(lián)。模塊的功能（即模型）可以用硬件描述語言來描述?；具壿嬙男袨榫褪撬倪壿嫻δ?，可以用布爾表達式或者真值表等描述。而對于一般模塊的行為就可以用算法來描述它的功能，或者用算法來描述它的工作步驟。例如，一個加法器的功能就是兩個加數(shù)相加并輸出和數(shù)。其行為描述可以是某種實現(xiàn)方法，如超前進位加法、并行進位加法等。2.1.2信號及其延遲信號作為硬件連線的一種抽象的描述，它既能保存變化的數(shù)據(jù)，又可以連接各個子元件。因此，我們可以將信號視為兩個元件之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃盘栐诙丝谔帉⒃B接起來。每個信號在通過元件時都需要經(jīng)過一段時間，信號從元件的輸入端到輸出端所需要的時間稱為延遲（delay）。延遲時間是電路描述中的一個重要概念。通過計算信號波形的延遲時間，可以更精確地反映實際電路的工作情況，從而檢查時序配合是否滿足電路設(shè)計要求，以及能否在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定的操作。對于一般的功能元件，往往不同的輸入端到不同的輸出端有不同的延遲時間，因此需要具體指定端到端之間的延遲。在集成電路中，大多數(shù)元件對寬度太窄的輸入信號可能會在輸出端得不到響應，這樣一種延遲特性被稱為慣性延遲（inertial delay）。而寬度大于慣性延遲時間的脈沖波形都能傳播到輸出端的延遲特性被稱為傳輸延遲（transport delay），信號通過延遲線時就呈現(xiàn)傳輸延遲特性。

編輯推薦

《基于VHDL語言的微機接口電路設(shè)計》內(nèi)容分為三部分：（1）微機接口技術(shù)及可編程器件應用；（2）基于VHDL語言的經(jīng)典微機接口電路設(shè)計實例；（3）設(shè)計工具的使用及實驗參考技術(shù)資料?！痘赩HDL語言的微機接口電路設(shè)計》將VHDL語言和微機電路原理的學習緊密地結(jié)合起來，突出其面向硬件描述對象的特點，結(jié)合硬件設(shè)計對象進行講解?！痘赩HDL語言的微機接口電路設(shè)計》的實驗使學生從分析系統(tǒng)需求開始，經(jīng)過程序設(shè)計、仿真模擬、燒制芯片、連接微機總線直到編寫接口程序并進行調(diào)試，通過這種綜合了多方面知識的全程訓練，提高學生對硬件設(shè)計的理解和興趣。在實驗難度上，針對不同的教學要求提供了不同層次的基本實驗和綜合創(chuàng)新型實驗。這套教材已伴隨著計算機科學與技術(shù)的飛速發(fā)展茁壯成長了二十余年，獲得了國家科學技術(shù)進步獎、國家級優(yōu)秀教材特等獎等29項部級以上獎勵，被幾百所高校選作教材，教學效果非常好?，F(xiàn)經(jīng)修訂和增加新品種、新內(nèi)容，基本涵蓋了本科生和碩士研究生的主要課程。這套系列教材體系完整、結(jié)構(gòu)嚴謹、理論結(jié)合實際、注重素質(zhì)培養(yǎng)。

圖書封面

圖書標簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    基于VHDL語言的微機接口電路設(shè)計 PDF格式下載

---