ASIC與Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計

前言

　　21世紀是一個信息化的時代，計算機技術(shù)和微電子工藝的發(fā)展，使得現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用進入了新的階段。電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中起的作用越來越重要，新的工具和新的設(shè)計方法不斷推出，可編程邏輯器件的功能也不斷增加，已成為實現(xiàn)ASIC的主要手段?！　≌莆誆DA設(shè)計方法，首先必須了解大規(guī)模可編程集成電路的結(jié)構(gòu)原理，同時掌握EDA軟件和設(shè)計語言的應(yīng)用方法。據(jù)此本書按照“可編程器件原理+EDA設(shè)計工具軟件+硬件描述語言+數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法”的思路組織編寫。全書共7章，在內(nèi)容安排上如下。　　第1章介紹數(shù)字系統(tǒng)的概念、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計思想、設(shè)計過程，以及基本模塊電路設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的概念、方法和原則等內(nèi)容，使讀者了解由于EDA技術(shù)和可編程集成電路的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計在設(shè)計思想、設(shè)計工具到實現(xiàn)方式發(fā)生的深刻變化，使其能在學(xué)習(xí)中盡快抓住EDA技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的實質(zhì)。第2章介紹PLD器件的發(fā)展演變、分類、結(jié)構(gòu)，重點以Altera公司的PLD器件為例介紹結(jié)構(gòu)和功能特點，同時也對目前主流的PLD器件做了介紹，希望讀者在此基礎(chǔ)上加深對可編程器件的理解，便于在設(shè)計中更好地應(yīng)用它們。第3章詳細介紹MAX+PLUSⅡ軟件和QuartusⅡ軟件的使用及其功能特點，并結(jié)合設(shè)計實例介紹如何用這些軟件進行數(shù)字系統(tǒng)的沒計和開發(fā)。第4章是硬件描述語言的介紹。硬件描述語言在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用越來越普遍，已成為IEEE標準的硬件描述語言有Verilog HDL和VHDL。由于Verilog HDL在數(shù)字ASI（：設(shè)計領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，同時它是在C語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有語法靈活、易學(xué)易用、功能強的特點，所以本章系統(tǒng)地闡述了Verilog HDL語言的語法規(guī)則，并通過大量實例深入淺出地展示了Verilog HDL語言的設(shè)計方法和技巧。第5章結(jié)合具體實例（組合邏輯電路設(shè)計實例、時序邏輯電路設(shè)計實例、狀態(tài)機設(shè)計實例）講述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計過程以及基本模塊電路設(shè)計的方法和原則。第6章通過8個數(shù)字系統(tǒng)項目的設(shè)計舉例，進一步介紹了用Verilog HDL進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法，所有實例都經(jīng)過上機調(diào)試。第7章是實驗部分，共給出了12個實驗，其中數(shù)字電路實驗8個，綜合數(shù)字系統(tǒng)實驗4個，可供不同層次的教學(xué)選用。每章后還附有習(xí)題，可以幫助讀者理解書中的基本概念并掌握從簡單到復(fù)雜的各種不同模塊的設(shè)計技術(shù)?！　”緯申惲种骶帲瑓⒓泳帉懙倪€有曾喻江和陽浩老師。潘洪俊、唐文靜、張媛、劉海丹、羅楓、霍甲、江飛舟等同學(xué)也參加了部分章節(jié)的編寫和一些Verilog HDL模塊的設(shè)計和驗證工作，這里一并對他們的辛勤勞動表示誠摯的謝意！另外在編寫本書的過程中，參考了許多同行專家和學(xué)者的專著和文章，并得到了華中科技大學(xué)“教學(xué)質(zhì)量工程”精品教材建設(shè)基金資助，在此也表示衷心的感謝！　　在本書出版之際，感謝華中科技大學(xué)國家電工電子教學(xué)基地老師們的支持和幫助，也感謝家人一直以來的理解和支持！

內(nèi)容概要

　　《ASIC與Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》從實用角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷DA設(shè)計工具和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法。主要內(nèi)容包括四個部分：第1部分介紹數(shù)字系統(tǒng)的概念、設(shè)計思想、設(shè)計過程，以及基本模塊電路設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的概念、方法和原則；第2部分以Altera公司的產(chǎn)品為例，介紹了CPLD和FPGA器件的結(jié)構(gòu)原理；第3部分結(jié)合實例全面系統(tǒng)地介紹了MAX+PLUSⅡ軟件和QuartusⅡ軟件的功能特點和使用方法；第4部分通過大量實例深人淺出地展示了Verilog HDL語言的設(shè)計方法和技巧，并進一步介紹了用Verilog HDL進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法。　　全書內(nèi)容翔實，圖文并茂，方法實用，易讀易懂，并由淺人深地配有幾十個實例和12個實驗。既可作為高等院校本、?？粕目删幊踢壿嬈骷?、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和課程設(shè)計等課程的教材或教學(xué)參考書，也可作為電子工程技術(shù)人員的技術(shù)參考書和EDA設(shè)計入門讀物。

書籍目錄

第1章　數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與PLD1.1　數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計1.2　EDA和PLD發(fā)展概況1.3　EDA設(shè)計流程及其工具1.4　IP核思考題和習(xí)題第2章　可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.1　概述2.2　簡單PLD的基本結(jié)構(gòu)2.3　CPLD結(jié)構(gòu)與工作原理2.4　FPGA結(jié)構(gòu)與工作原理2.5　各PLD公司產(chǎn)品概述2.6　PLD的編程與測試技術(shù)思考題和習(xí)題第3章　Altera可編程邏輯器件開發(fā)軟件3.1　MAX+PLUSⅡ軟件介紹3.2　QuartusⅡ的應(yīng)用思考題和習(xí)題第4章　Verilog HDL硬件描述語言4.1　Verilog HDL語言簡介4.2　Verilog HDL語言基礎(chǔ)知識4.3　Verilog HDL的結(jié)構(gòu)描述方式4.4　Verilog HDL的數(shù)據(jù)流描述方式4.5　Verilog HDL的行為描述方式4.6　task和function4.7　Verilog HDL描述的可綜合性分析思考題和習(xí)題第5章　數(shù)字電路設(shè)計方法5.1　常用組合邏輯電路的設(shè)計應(yīng)用5.2　常用時序邏輯電路的設(shè)計應(yīng)用5.3　有限狀態(tài)機的設(shè)計5.4　毛刺的消除思考題和習(xí)題第6章　數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計實例6.1　數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示電路設(shè)計6.2　矩陣鍵盤掃描電路設(shè)計6.3　籃球比賽24s設(shè)計6.4　數(shù)字鐘的層次化設(shè)計6.5　智能洗衣機控制器的設(shè)計6.6　智能電梯控制器的設(shè)計6.7　九九乘法表系統(tǒng)設(shè)計6.8　計算器設(shè)計第7章　數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計實踐實驗一　4位全加器設(shè)計實驗二　32選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計實驗三　4位超前進位加法器設(shè)計實驗四　8位加減法器設(shè)計實驗五　十進制計數(shù)器設(shè)計實驗六　多功能分頻器設(shè)計實驗七　8位移位寄存器設(shè)計實驗八　有限狀態(tài)機設(shè)計實驗九　電子密碼鎖設(shè)計實驗十　健身游戲機設(shè)計實驗十一　同步FIFO設(shè)計實驗十二　DDS正弦信號發(fā)生器設(shè)計附錄A　Verilog HDL關(guān)鍵字附錄B　CPLD／FPGA實驗系統(tǒng)使用說明參考文獻

章節(jié)摘錄

　　未來的EDA技術(shù)將會向廣度和深度兩個方向發(fā)展。在廣度上，EDA會日益普及，成為每一個電子工程師主要的設(shè)計工具；在深度上，目前的各種工具，如系統(tǒng)仿真、PCB布線、邏輯綜合、DSP設(shè)計工具等系統(tǒng)工具都將在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫及管理框架環(huán)境下工作?！　∧壳?，全球EDA廠商有近百家之多，大體可分兩類：一類是EDA專業(yè)軟件公司，較著名的有Mentor Graphics、Cadence Design Systems、Synopsys、Viewlogic Systems和Protel等；另一類是半導(dǎo)體器件廠商，為了銷售他們的產(chǎn)品而開發(fā)EDA工具，較著名的公司有Altera、Xilinx、TI和Lattice等。EDA專業(yè)軟件公司獨立于半導(dǎo)體器件廠商，推出的EDA系統(tǒng)具有較好的標準化和兼容性，也比較注意追求技術(shù)上的先進性，適合于進行學(xué)術(shù)性基礎(chǔ)研究的單位使用。而半導(dǎo)體廠商開發(fā)的EDA工具，能針對自己器件的工藝特點作出優(yōu)化設(shè)計，提高資源利用率、降低功耗、改善性能，比較適合于產(chǎn)品開發(fā)單位使用。在EDA技術(shù)發(fā)展策略上，EDA專業(yè)軟件公司面向應(yīng)用，提供IP模塊和相應(yīng)的設(shè)計服務(wù)；而半導(dǎo)體廠商則采取三位一體的戰(zhàn)略，在器件生產(chǎn)、設(shè)計服務(wù)和IP模塊的提供上下工夫?！　?.專用集成電路ASIC　　當今社會是數(shù)字化社會，數(shù)字集成電路應(yīng)用非常廣泛，其發(fā)展從電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路SSI、MSI、LSI、VLSI（幾萬門以上）、超大規(guī)模集成電路UL,SI和超位集成電路GSI，再到現(xiàn)在的系統(tǒng)芯片SOC（System On Chip），其規(guī)模幾乎平均每1～2年翻一番?！　‰S著半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)、支持技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、測試評價技術(shù)的發(fā)展，IC集成度大大提高，電子整機、電子系統(tǒng)高速更新?lián)Q代的競爭態(tài)勢不斷加強，為開發(fā)周期短、成本低、功能強、可靠性高以及專利性與保密性好的專用集成電路創(chuàng)造了必要而充分的發(fā)展條件，并很快形成了用專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuits）取代中小規(guī)模集成電路來組成電子系統(tǒng)或整機的技術(shù)熱潮?！　SIC的提出和發(fā)展說明集成電路進入了一個新階段。通用的、標準的集成電路已不能完全適應(yīng)電子系統(tǒng)的急劇變化和更新?lián)Q代。各個電子系統(tǒng)生產(chǎn)廠家都希望生產(chǎn)出具有自己特色和個性的產(chǎn)品，而只有ASIC產(chǎn)品才能達到這種要求。這也是自20世紀80年代中期以來，ASIC得到廣泛傳播和重視的根本原因。目前ASIC在總的IC市場中的占有率已達1／3，在整個邏輯電路市場的占有率已超過1／2。　　ASIC被認為是用戶專用集成電路（Customer Specific IC），即它是專門為某一應(yīng)用領(lǐng)域或某一專門用戶需要而設(shè)計制造的LSI或VLSI電路，具有體積小、重量輕、功耗低、高性能、高可靠性和高保密性等優(yōu)點。目前ASIC已經(jīng)滲透到各個應(yīng)用領(lǐng)域，從高性能的微處理器、數(shù)字信號處理器一直到彩電、音響和電子玩具電路，可謂五花八門。按照設(shè)計方法的不同，ASIC可分為全定制和半定制兩類。

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