EDA是當今世界上先進的電子電路設計技術,廣泛應用于通信、工業(yè)自動化、智能儀表、圖像處理和計算機等領域,它是電子工程師必須掌握的技術之一。本書注重基礎知識講解、由淺入深,既有關于EDA技術、大規(guī)?删幊踢壿嬈骷蚔HDL的系統(tǒng)介紹,又有豐富的設計應用實例,便于學生消化和理解。全書共7章,主要內(nèi)容包括:EDA技術概述、可編程邏輯器件、Quartus Ⅱ軟件安裝及使用、VHDL入門基礎、VHDL的語句、有限狀態(tài)機和VHDL設計實例。
本書可作為高等院校電子類、通信類及計算機類等相關專業(yè)二年級及以上學生的教材,也可作為電子技術工程技術人員的參考用書。
本書是在第1版的基礎上,為了適應EDA技術的發(fā)展與高校教學改革的需求,在保持第1版基本特色的前提下,進行了修訂。
本書在2017年作為安徽省省級規(guī)劃教材項目立項建設,并在2020年教育廳項目驗收工作中評為優(yōu)秀。本書是以PLD、EDA設計工具、VHDL三方面內(nèi)容為主線展開的,全書共7章。本次修訂主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1注重軟件的更新,更加完善地講解了軟件的特色功能
Quartus Ⅱ軟件基本每年都在更新,雖然更新力度不同,但太老舊的版本顯然不符合實際需求。本書將第1版所使用的Quartus Ⅱ 90升級為Quartus Ⅱ 150,并對新版軟件不自帶仿真功能、沒有元件庫的問題,給出了簡單的解決方法,即官方下載“Quartus Ⅱ 150+ModelsimAltera103d+ Cyclone Ⅳ”。當然,讀者可以舉一反三,按照教材所講述的方法,根據(jù)自己的實際需求選擇不同的方案。書中介紹了Quartus Ⅱ的基本使用方法,還加入了自定義模塊和調(diào)用方法、編程下載固化程序的方法、IP核的調(diào)用方法、SignalTap Ⅱ在線調(diào)試方法等更加完善的內(nèi)容。
2由于硬件描述語言的移植性比較好,本次修訂弱化硬件的影響
硬件描述語言的移植性很好,在某一型號FPGA芯片上調(diào)試成功的代碼很容易移植到其他的芯片上,尤其是同一公司的硬件產(chǎn)品。因此讀者只要熟悉自己使用的硬件平臺即可方便地將本書的例程移植到自己的平臺上。因此除了必要的步驟,本書很少提到具體的硬件型號、硬件電路等,弱化不同平臺對教材的影響。
3重質不重量、求實不求新、注重對讀者的引導
此次修訂對教材的例子和第7章設計實例進行了很大程度的更新,但是重點在于對原有例子的深入挖掘,更加具體地介紹設計的仿真、驗證等,增加了“想一想”等欄目,引導學生吃透例子,并進一步在原有實例的基礎上自行設計其他電路。第7章刪除了一些老舊、晦澀難懂的例子,補充了一些簡單易懂的例子,以方便初學者完成由簡單例子到綜合、復雜設計的順利過渡。書中的例子沒有刻意追求過多過新,而是將編者多年教學過程中學生出現(xiàn)問題較多的知識點進行了加強和延伸。編者以務實的態(tài)度編寫本書,希望其成為教師教學和學生學習的好幫手。難度大的新例程會在教材配套電子資源或者線上資源中提供。
4結合教育改革和發(fā)展的新趨勢,本書配備了更加豐富的線上資源
隨著近幾年高校教學改革的發(fā)展,出現(xiàn)了多種多樣的現(xiàn)代化教學形式,慕課、SPOC、翻轉課堂等,尤其是新冠疫情期間,線上教學在全國深入地開展,對傳統(tǒng)教學形式和教材形式都帶來了很大的沖擊。編者認為,線下教師面對面教學形式是無可替代的,紙質教材也是無可替代的。但是,其他教學形式都可稱為線下教學的有機補充,教材的其他配套網(wǎng)絡資源也可以為教學提供較大的便利。因此本書在國內(nèi)知名網(wǎng)站有慕課資源(目前在“E會學”和“學堂在線”平臺,后期可能會有更新)、網(wǎng)絡配套電子資源(機械工業(yè)出版社教育服務網(wǎng),后期會繼續(xù)更新),并將開設微信公眾號,不定期更新例程。
本書此次修訂由于玉亭、張麗華擔任主編,丁伯圣、涂德鳳擔任副主編。第1章由張麗華修訂,第2章由涂德鳳修訂,第3章由于玉亭、丁伯圣修訂,第4章由于玉亭、鐘玲玲修訂,第5章由于玉亭修訂,第6章由于玉亭、吳旭華修訂,第7章由所有項目組成員共同修訂。全書由張麗華、于玉亭統(tǒng)稿。另外,感謝張芬、王松濤、彭瑾參與編寫了本書的第1版。感謝皮賽電子朱工給本書的支持。
本書是幾位老師在多年EDA教學經(jīng)驗的基礎上精心編寫而成的,由于作者水平有限,書中疏漏之處在所難免,希望同行和廣大讀者批評指正。
本書提供配套的電子課件,授課教師可登錄機械工業(yè)出版社教育服務網(wǎng)(wwwcmpeducom)注冊免費下載。
前言
第1章緒論
11EDA技術綜述
111EDA技術含義
112EDA技術發(fā)展歷程
12ASIC設計
13HDL
131HDL發(fā)展歷程
132常用HDL
14 EDA的工具軟件
15EDA設計流程
本章小結
習題
第2章可編程邏輯器件
21可編程邏輯器件概述
211PLD的發(fā)展歷程
212PLD的分類
213PLD的電路表示法
22低密度可編程邏輯器件
221可編程只讀存儲器
222可編程邏輯陣列器件
223可編程陣列邏輯器件
224通用陣列邏輯器件
23復雜可編程邏輯器件
24現(xiàn)場可編程門陣列器件
241查找表的原理與結構
242Xilinx公司XC4000系列FPGA
簡介
25CPLD/FPGA開發(fā)應用選擇
本章小結
習題
第3章Quartus Ⅱ軟件安裝及使用
31Quartus Ⅱ簡介
32Quartus Ⅱ 150軟件的下載與安裝
321下載
322安裝
33設計入門
331開發(fā)流程
332基本使用
333Quartus Ⅱ設計入門
34全加器設計
35原理圖輸入法之IP核的使用方法
36Signal Tap Ⅱ使用方法
本章小結
習題
第4章VHDL入門基礎
41VHDL基本結構
411實體
412結構體
413GENERIC參數(shù)傳遞
42VHDL文字規(guī)則
421數(shù)字型文字
422字符串文字
423標識符
424下標
43VHDL數(shù)據(jù)對象
431常量
432變量
433信號
44VHDL數(shù)據(jù)類型
441VHDL預定義數(shù)據(jù)類型
442用戶自定義數(shù)據(jù)類型
443其他類型
45數(shù)據(jù)類型轉換
451使用轉換函數(shù)
452使用類型標記法轉換數(shù)據(jù)類型
46VHDL操作符
47VHDL預定義屬性
本章小結
習題
第5章VHDL的語句
51進程語句
52順序語句
521賦值語句
522IF語句
523CASE語句
524LOOP語句
525NEXT語句
526EXIT語句
527WAIT語句
528NULL語句
529RETURN語句
53并行語句
531進程語句
532并行信號賦值語句
533元件例化語句
534生成語句
535塊語句
54設計庫和程序包
541設計庫
542程序包
55子程序
551函數(shù)
552過程
56配置
本章小結
習題
第6章有限狀態(tài)機
61概述
62VHDL一般狀態(tài)機
63Moore型狀態(tài)機設計
64Mealy型狀態(tài)機設計
65狀態(tài)編碼
66非法狀態(tài)處理
本章小結
習題
第7章VHDL設計實例
71序列信號發(fā)生器設計
72簡易數(shù)字頻率計設計
721設計要求
722原理描述
723頻率計的層次化設計方案
73多功能信號發(fā)生器的設計
731設計的基本思路
732系統(tǒng)總體方案設計
733函數(shù)發(fā)生器的硬件設計
734函數(shù)發(fā)生器的軟件設計
735頂層設計
736仿真結果
74交通燈控制器的設計
741交通燈控制器的設計要求
742系統(tǒng)組成
743層次化設計和軟件仿真
本章小結
習題
部分習題參考答案
參考文獻