基于FPGA的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

　　基于FPGA的數(shù)字電路設(shè)計(jì)不僅能使學(xué)生積累電子電路應(yīng)用、設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，拓展思維方式；而且通過(guò)數(shù)字集成功能器件的系統(tǒng)應(yīng)用，進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程理論知識(shí)的理解。　　本書介紹了Altera公司可編程器件開發(fā)平臺(tái)QuartusⅡ的基本操作方法以及基于FPGA的一些常用數(shù)字電路的設(shè)計(jì)原理，目的是使更多的學(xué)生接觸、了解可編程技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)解決數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程系統(tǒng)性內(nèi)容受課程單元教學(xué)課時(shí)制約，設(shè)計(jì)性內(nèi)容受實(shí)驗(yàn)室元器件儲(chǔ)備條件限制的問(wèn)題?！　∪珪删w論和第1-4章組成。緒論簡(jiǎn)單介紹了可編程器件的基本概念。第1章主要介紹QuartusⅡ的基本操作。第2章聯(lián)系數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本知識(shí)點(diǎn)提出了10個(gè)基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)內(nèi)容?；A(chǔ)性設(shè)計(jì)幾乎涉及了理論課程介紹的所有基本邏輯器件的應(yīng)用，如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、數(shù)字比較器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、存儲(chǔ)器等。由于設(shè)計(jì)內(nèi)容與理論課中的習(xí)題相似，學(xué)生可以通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)這些集成功能器件的工作原理和實(shí)際應(yīng)用形成系統(tǒng)、感性的認(rèn)識(shí)。目前學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力普遍較高，一般經(jīng)過(guò)兩至三個(gè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的練習(xí)，就能夠基本掌握QuartusⅡ的電路圖形文件編輯、邏輯綜合、電路仿真、編譯適配、熔絲圖文件下載等設(shè)計(jì)流程。第3章聯(lián)系一些典型的工程應(yīng)用提出了10個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)，如電子音樂(lè)自動(dòng)播放控制、交通燈控制、按鍵陣列掃描和發(fā)光二極管點(diǎn)陣顯示控制、自動(dòng)售貨機(jī)控制，LCD顯示控制等。這些電路的設(shè)計(jì)具有一定的難度，但也都可以采用數(shù)字電子技術(shù)課程中介紹過(guò)的基本功能器件實(shí)現(xiàn)。每個(gè)設(shè)計(jì)都在介紹電路工作原理的基礎(chǔ)上，給出了分析思路，并提出了參考設(shè)計(jì)方案，啟發(fā)學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)完成電路設(shè)計(jì)，然后在課內(nèi)完成電路的編輯、仿真和調(diào)試。第4章提出了5個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)量較大，適合作為數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容?！　「髟O(shè)計(jì)建議采用電路符號(hào)的圖形方式實(shí)現(xiàn)，以突出FPGA的硬件概念，使學(xué)生結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)課程的知識(shí)點(diǎn)掌握標(biāo)準(zhǔn)功能器件的系統(tǒng)應(yīng)用。在QuartusⅡ圖形文件編輯器中，輸入器件型號(hào)即可調(diào)出所需器件(如4位集成數(shù)據(jù)比較器7485、可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74190等)，對(duì)剛學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)生而言使用非常方便。而且QuartusⅡ的基本元件庫(kù)幾乎囊括了所有中規(guī)模集成器件，學(xué)生的設(shè)計(jì)基本不受器件資源的限制，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自主設(shè)計(jì)。由于電路的實(shí)現(xiàn)、仿真、修改比較容易，減少了低水平、重復(fù)性的教學(xué)耗時(shí)，使學(xué)生的精力集中在設(shè)計(jì)方面，可以提高教學(xué)效率。本書的設(shè)計(jì)內(nèi)容盡量從工程應(yīng)用實(shí)踐出發(fā)，力求使學(xué)生理解各基本知識(shí)點(diǎn)的互相滲透關(guān)系和工程背景。一些常用電路的工作原理和設(shè)計(jì)思路，對(duì)學(xué)生今后從事單片工控機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)或DSP系統(tǒng)的研發(fā)都有一定的輔助作用。　　本書內(nèi)容近年來(lái)以講義形式在東華大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)中使用。

內(nèi)容概要

本書結(jié)合Altera可編程器件開發(fā)平臺(tái)QuartusII的應(yīng)用，以FPGA為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)載體，介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路與方法?！　∪珪删w論和第1～4章組成。緒論簡(jiǎn)單介紹了可編程器件的基本概念。第1章主要介紹QuartusII的操作方法。第2章聯(lián)系數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本知識(shí)點(diǎn)介紹基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)案例。第3章聯(lián)系工程應(yīng)用介紹綜合設(shè)計(jì)案例。每個(gè)設(shè)計(jì)都在說(shuō)明電路工作原理的基礎(chǔ)上，給出了分析思路，并提出了參考設(shè)計(jì)方案。第4章提出了若干數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，適合作為數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。本書的設(shè)計(jì)內(nèi)容盡量從工程應(yīng)用實(shí)踐出發(fā)，力求使學(xué)生理解數(shù)字電子技術(shù)各基本知識(shí)點(diǎn)的互相滲透關(guān)系和工程應(yīng)用背景，對(duì)學(xué)生入門研發(fā)具有一定鋪墊作用?！　”緯钠瘘c(diǎn)較低，便于自學(xué)，適合應(yīng)用于本科、大專、高職以及中專等電子信息類專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程，計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程以及非電類專業(yè)的電工電子實(shí)驗(yàn)課程和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程。

書籍目錄

緒論第1章　QuartusII應(yīng)用入門  1.1　QuartusII安裝    1.1.1　安裝QuartusII 5.1軟件    1.1.2　指定授權(quán)文件    1.1.3　安裝編程硬件驅(qū)動(dòng)程序  1.2　QuartusII的項(xiàng)目和文件管理    1.2.1　QuartusII的開發(fā)環(huán)境    1.2.2　新項(xiàng)目的創(chuàng)建    1.2.3　項(xiàng)目管理    1.2.4　快捷鍵工具欄    1.2.5　QuartusII的文件管理  1.3　圖形設(shè)計(jì)源文件編輯    1.3.1　圖形設(shè)計(jì)輸入窗口    1.3.2　元件輸入和電路連線    1.3.3　圖形編輯器的元件庫(kù)介紹    1.3.4　元件圖形符號(hào)的創(chuàng)建  1.4　設(shè)計(jì)文件綜合和仿真    1.4.1　分析與綜合    1.4.2　建立仿真波形文件    1.4.3　輸入、輸出觀察點(diǎn)設(shè)置    1.4.4　仿真輸入信號(hào)編輯    1.4.5  功能仿真  1.5　端口分配、項(xiàng)目編譯適配和器件編程    1.5.1　端口分配    1.5.2　項(xiàng)目編譯和器件資源適配    1.5.3　端口引腳分配文本修改方法    1.5.4 FPGA編程配置接口  1.6　SignalTap II嵌入式邏輯分析儀    1.6.1　SignalTap II的主要特點(diǎn)和一般流程    1.6.2　SignalTap II文件的建立和基本參數(shù)設(shè)置    1.6.3　SignalTap II的節(jié)點(diǎn)選擇和參數(shù)配置    1.6.4　SignalTap II的觸發(fā)事件設(shè)置  　1.6.5　SignalTap II的編譯、下載、運(yùn)行和信號(hào)顯示第2章　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例　2.1　全加器設(shè)計(jì)  　2.1.1　設(shè)計(jì)實(shí)例  　2.1.2　設(shè)計(jì)原理分析  　2.1.3　設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備  　2.1.4　參考設(shè)計(jì)步驟  　2.1.5　思考問(wèn)題　2.2　多位串行進(jìn)位加法器設(shè)計(jì)  　2.2.1　設(shè)計(jì)實(shí)例  　2.2.2　設(shè)計(jì)原理分析  　2.2.3　參考設(shè)計(jì)思路  　2.2.4　設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備  　2.2.5　參考設(shè)計(jì)步驟  　2.2.6　思考問(wèn)題　2.3　代碼轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)  　2.3.1　設(shè)計(jì)要求  　2.3.2　集成加法器原理  　2.3.3　參考設(shè)計(jì)思路  　2.3.4　設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備  　2.3.5　參考設(shè)計(jì)步驟  　2.3.6　思考問(wèn)題　2.4　BCD碼優(yōu)先編碼電路設(shè)計(jì)　　2.4.1　設(shè)計(jì)要求 　 2.4.2　集成8—3線優(yōu)先編碼器74148的邏輯功能　　2.4.3　參考設(shè)計(jì)思路  　2.4.4　設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備  　2.4.5　參考設(shè)計(jì)步驟  　2.4.6　思考問(wèn)題　2.5　脈沖分頻選擇電路設(shè)計(jì)    2.5.1　設(shè)計(jì)要求    2.5.2　設(shè)計(jì)原理分析    2.5.3　參考設(shè)計(jì)方案    2.5.4　設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備    2.5.5　參考設(shè)計(jì)步驟    2.5.6　思考問(wèn)題  2.6　汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)    2.6.1  設(shè)計(jì)要求    2.6.2　參考設(shè)計(jì)思路　……第3章　綜合設(shè)計(jì)實(shí)例第4章　系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例附錄A　FPGA的部分庫(kù)器件名稱說(shuō)明附錄B　EPF10K10TC144、EP1C3T144C8引腳排列附錄C　LP-2900和DE2開發(fā)裝置面板圖附錄D　LP-2900開發(fā)裝置部分電路圖附錄E　LP-2900和DE2開發(fā)裝置FPGA引腳分配附錄F　DE2開發(fā)裝置FPGA引腳分配參考文獻(xiàn)

編輯推薦

　　《基于FPGA的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的起點(diǎn)較低，便于自學(xué)，適合應(yīng)用于本科、大專、高職以及中專等電子信息類專業(yè)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程，計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程以及非電類專業(yè)的電工電子實(shí)驗(yàn)課程和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程。

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