編輯推薦

　　FPGA自學筆記—設計與驗證

　　這本書打破瞭重實驗現象，輕仿真驗證的學習誤區，書中每一個實驗,無論是zui基礎的點亮 LED燈,還是綜閤的多模塊數字係統設計,以及復雜的 SDRAM 控製器設計,都嚴格按照“設計+驗證”的流程進行。 同時，本書由淺入深，全流程的講解；首先,通過知識背景的介紹,講解設計中需要注意的問題；接著,一步一步地根據設計需求完成設計中的每一個部分；然後，編寫Testbench文件,使用 ModelSim 軟件對設計進行仿真驗證；zui後，仿真驗證通過後，再配置到 FPGA 器件中運行，如果闆級運行不正確，則再迴到仿真波形中查找可能的錯誤原因，在必要時使用闆級驗證工具如Signaltap Ⅱ進行闆級調試。本書對於不同水平的技術人員，都是一本不錯的自學和參考用書。

內容簡介

　　FPGA自學筆記—設計與驗證

　　本書以Intel CycloneⅣ E係列FPGA 為例,係統介紹瞭FPGA 的硬件結構、電路設計以及邏輯設計和驗證流程。書中以若乾個具有工程實用意義的案例為背景,詳細介紹瞭FPGA 數字邏輯設計中常見的功能模塊設計思路、FPGA 片上資源的使用方法、開發軟件中各種調試工具的使用，包括SignaltapⅡ、In System Sources and Probes Editor、In System Memory Content Editor。本書最後通過若乾個綜閤性實例,講解瞭復雜數字係統的設計方法和驗證思路。作為實用型FPGA 教程，本書的每一個實驗都有完整的仿真和驗證過程,即強調瞭仿真驗證在FPGA設計中的重要作用。

　　本書可作為工程應用類、電子信息類專業本科生以及相關專業專科生的EDA 基礎類課程的教材；也可作為FPGA自學人員,以及從事FPGA開發的工程技術人員的培訓教材和參考用書。

作者簡介

　　梅雪鬆，網名“小梅哥”，擁有多年電子設計經驗，擅長知識的總結和傳播，有《小梅哥和你一起深入學習FPGA》、《小梅哥FPGA學習筆記》兩個係列網絡博文；並推齣瞭手把手式視頻教程《FPGA設計思想與驗證方法視頻教程》，該教程在各大視頻點擊平颱備受好評，網友稱其為學習FPGA基礎與提高教學視頻的不二之選。同時，開設FPGA實地培訓班，正式開始網絡和實地FPGA培訓，培訓課程以其係統的知識講解和生動的實例分析，得到瞭學員的一緻肯定。

　　袁玉卓，山東大學博士，集成電路設計專業，知識麵廣，專業技術背景深厚。長期從事於FPGA技術的分享和交流，擁有豐富的項目科研和實踐經驗，

　　曾凱鋒，杭州電子科技大學碩士，主要研究方嚮為FPGA與嵌入式係統設計，長期活躍於FPGA技術交流群，著有多篇FPGA設計和驗證文章。

目錄

第1章 從頭認識FPGA ……………………………………………………………… 1

1.1 CycloneⅣ EFPGA原理與應用 ……………………………………………… 1

1.1.1 CycloneⅣ E概述 ………………………………………………………… 1

1.1.2 CycloneⅣ E擴展資源介紹 ……………………………………………… 4

1.1.3 重點電路設計 ……………………………………………………………… 5

1.2 IntelFPGA開發環境 ………………………………………………………… 17

1.2.1 Quartus軟件的發展史 …………………………………………………… 18

1.2.2 QuartusPrime的下載 …………………………………………………… 18

1.2.3 QuartusPrime的安裝 …………………………………………………… 21

1.2.4 QuartusPrime軟件的基本使用 ………………………………………… 27

第2章 FPGA開發軟硬件平颱介紹 ………………………………………………… 39

2.1 AC620開發套件………………………………………………………………… 39

2.1.1 AC620開發闆的功能特點 ………………………………………………… 39

2.1.2 AC620開發闆的使用 ……………………………………………………… 43

2.2 IntelFPGA開發流程 ………………………………………………………… 57

2.2.1 建立工程 …………………………………………………………………… 57

2.2.2 設計輸入 …………………………………………………………………… 61

2.2.3 分析和綜閤 ………………………………………………………………… 61

2.2.4 功能仿真 …………………………………………………………………… 62

2.2.5 綜閤與布局布綫 …………………………………………………………… 66

2.2.6 時序仿真 …………………………………………………………………… 66

2.2.7 I/O分配以及生成配置文件 ……………………………………………… 67

2.2.8 配置FPGA下載…………………………………………………………… 67

2.3 FPGA設計的燒寫與投産 ……………………………………………………… 68

2.3.1 FPGA固件存儲方案 ……………………………………………………… 68

2.3.2 CycloneⅣ EFPGA固件燒寫方案 ……………………………………… 69

2.3.3 燒寫文件JIC的産生 ……………………………………………………… 70

第3章 FPGA基本數字邏輯設計 …………………………………………………… 74

3.1 組閤邏輯電路設計———譯碼器 ………………………………………………… 74

3.1.1 譯_碼器工作原理 …………………………………………………………… 74

3.1.2 譯碼器Verilog實現 ……………………………………………………… 75

3.1.3 激勵創建及仿真測試 ……………………………………………………… 76

3.2 時序邏輯電路設計———計數器 ………………………………………………… 79

3.2.1 計數器工作原理 …………………………………………………………… 80

3.2.2 計數器Verilog實現 ……………………………………………………… 81

3.2.3 仿真及闆級驗證 …………………………………………………………… 82

3.3 IP核應用———計數器 ………………………………………………………… 85

3.3.1 IP核創建流程 ……………………………………………………………… 85

3.3.2 仿真及闆級驗證 …………………………………………………………… 89

3.3.3 已生成IP核的參數修改 ………………………………………………… 90

3.3.4 QuartusⅡ中IP核參數的修改…………………………………………… 94

3.4 BCD計數器設計與驗證 ……………………………………………………… 95

3.4.1 BCD碼原理 ………………………………………………………………… 95

3.4.2 BCD計數器的 Verilog實現 ……………………………………………… 96

3.4.3 激勵創建及仿真測試 ……………………………………………………… 97

3.4.4 級聯BCD計數器設計與仿真 …………………………………………… 98

3.5 阻塞賦值與非阻塞賦值原理分析 …………………………………………… 103

3.5.1 不同賦值方式的對比與實現 …………………………………………… 103

3.5.2 不同賦值方式的仿真及測試 …………………………………………… 105

3.6 狀態機設計實例 ……………………………………………………………… 108

3.6.1 狀態機工作原理 ………………………………………………………… 108

3.6.2 字符串檢測狀態機實現 ………………………………………………… 110

3.6.3 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 113

3.7 獨立按鍵消抖設計與驗證 …………………………………………………… 115

3.7.1 按鍵的物理結構及電路設計 …………………………………………… 115

3.7.2 硬件電路實現按鍵消抖 ………………………………………………… 116

3.7.3 狀態機實現按鍵消抖 …………………………………………………… 118

3.7.4 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 124

3.7.5 任務及隨機函數的使用 ………………………………………………… 125

3.8 模塊化設計基礎———加減法計數器 ………………………………………… 129

3.8.1 模塊功能劃分 …………………………………………………………… 129

3.8.2 模塊功能設計 …………………………………………………………… 129

3.8.3 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 132

3.9 8位7段數碼管驅動設計與驗證 …………………………………………… 134

3.9.1 數碼管驅動原理 ………………………………………………………… 134

3.9.2 三綫製數碼管電路設計 ………………………………………………… 137

3.9.3 數碼管動態掃描驅動設計 ……………………………………………… 138

3.9.4 ISSP生成及使用 ………………………………………………………… 145

3.9.5 闆級調試與驗證 ………………………………………………………… 149

3.9.6 QuartusⅡ中ISSP的使用方法 ………………………………………… 152

3.10 串口發送模塊設計與驗證 …………………………………………………… 153

3.10.1 異步串行通信原理及電路設計 ………………………………………… 154

3.10.2 UART異步串行通信發送模塊設計與實現…………………………… 157

3.10.3 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 162

3.10.4 按鍵控製串口發送設計 ………………………………………………… 163

3.11 串口接收模塊的設計與驗證 ………………………………………………… 165

3.11.1 串口接收原理分析 ……………………………………………………… 166

3.11.2 UART異步串行通信接收模塊設計與實現…………………………… 167

3.11.3 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 171

第4章 FPGA片上專用資源使用 …………………………………………………… 176

4.1 嵌入式RAM 的使用———雙端口RAM …………………………………… 176

4.1.1 CycloneⅣ體係結構及嵌入式存儲器原理 ……………………………… 176

4.1.2 IP核使用———dpram …………………………………………………… 178

4.1.3 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 182

4.2 搭建串口收發與雙口RAM 存儲的簡易應用係統 ………………………… 185

4.2.1 係統模塊功能劃分及接口設計 ………………………………………… 185

4.2.2 頂層文件設計 …………………………………………………………… 185

4.2.3 控製模塊設計 …………………………………………………………… 186

4.2.4 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 187

4.3 嵌入式RAM 的使用———ROM ……………………………………………… 190

4.3.1 IP核使用———ROM ……………………………………………………… 191

4.3.2 激勵創建及仿真測試 …………………………………………………… 193

4.3.3 SignaTapⅡ使用及闆級驗證 …………………………………………… 195

4.4 嵌入式塊RAM 的使用———FIFO …………………………………………… 201

4.4.1 FIFO的相關知識 ………………………………………………………… 202

4.4.2 IP核的使用———FIFO…………………………………………………… 204

4.5 PLL鎖相環介紹與簡單應用 ………………………………………………… 213

4.5.1 PLL相關知識 …………………………………………………………… 213

4.5.2 IP核使用———PLL ……………………………………………………… 215

4.5.3 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 219

第5章 FPGA進階數字邏輯設計 …………………………………………………… 223

5.1 無源蜂鳴器驅動設計與驗證 ………………………………………………… 223

5.1.1 無源蜂鳴器電路設計 …………………………………………………… 223

5.1.2 無源蜂鳴器驅動原理 …………………………………………………… 224

5.1.3 PWM 發生器模塊設計…………………………………………………… 225

5.1.4 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 227

5.2 綫性序列機與串行接口DAC驅動設計與驗證……………………………… 232

5.2.1 DAC芯片概述及電路設計 ……………………………………………… 232

5.2.2 TLV5618型DAC芯片輸齣電壓計算原理 …………………………… 234

5.2.3 TLV5618型DAC接口時序 …………………………………………… 235

5.2.4 綫性序列機設計思想與接口時序設計 ………………………………… 236

5.2.5 基於綫性序列機的DAC驅動設計 ……………………………………… 238

5.2.6 仿真及闆級測試 ………………………………………………………… 241

5.3 綫性序列機與串行接口ADC驅動設計與驗證……………………………… 243

5.3.1 ADC芯片概述及電路設計 ……………………………………………… 244

5.3.2 ADC128S022型ADC接口時序 ………………………………………… 245

5.3.3 ADC128S022接口時序設計 …………………………………………… 247

5.3.4 基於綫性序列機的ADC驅動設計 ……………………………………… 249

5.3.5 仿真及闆級測試 ………………………………………………………… 252

5.4 HT6221紅外遙控解碼設計與驗證 ………………………………………… 257

5.4.1 紅外遙控係統組成及電路設計 ………………………………………… 257

5.4.2 紅外遙控協議分析(NEC協議)………………………………………… 258

5.4.3 紅外解碼模塊設計 ……………………………………………………… 260

5.4.4 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 265

5.5 TFT顯示屏驅動設計與驗證 ………………………………………………… 267

5.5.1 TFT觸摸屏驅動電路設計 ……………………………………………… 268

5.5.2 RGB接口TFT屏掃描方式……………………………………………… 270

5.5.3 RGB接口TFT屏時序分析……………………………………………… 271

5.5.4 RGB接口TFT屏驅動設計……………………………………………… 272

5.5.5 仿真及闆級驗證 ………………………………………………………… 275

第6章 FPGA綜閤數字係統設計 …………………………………………………… 280

6.1 八通道數字電壓錶 …………………………………………………………… 280

6.1.1 數字電壓錶功能劃分 …………………………………………………… 280

6.1.2 按鍵輸入模塊 …………………………………………………………… 281

6.1.3 通道選擇模塊 …………………………………………………………… 281

6.1.4 ADC控製模塊———ADC128S022 ……………………………………… 282

6.1.5 數據預處理模塊 ………………………………………………………… 282

6.1.6 碼製轉換模塊 …………………………………………………………… 284

6.1.7 數碼管驅動模塊 ………………………………………………………… 287

6.1.8 頂層設計 ………………………………………………………………… 288

6.1.9 基於查找錶的數據電壓換算 …………………………………………… 289

6.2 雙通道幅頻相可調DDS信號發生器 ………………………………………… 292

6.2.1 DDS原理與實現 ………………………………………………………… 293

6.2.2 數/模轉換器(DAC)驅動模塊設計 ……………………………………… 299

6.2.3 串口命令接收與解析 ……………………………………………………303

6.2.4 信號發生器頂層設計 …………………………………………………… 315

6.2.5 係統測試 ………………………………………………………………… 316

6.3 串口讀/寫EEPROM ………………………………………………………… 317

6.3.1 I2C基本概念 ……………………………………………………………… 317

6.3.2 I2C協議時序介紹 ………………………………………………………… 318

6.3.3 I2C器件地址 ……………………………………………………………… 319

6.3.4 I2C存儲器地址 …………………………………………………………… 320

6.3.5 I2C寫時序 ………………………………………………………………… 321

6.3.6 I2C單字節讀時序 ………………………………………………………… 323

6.3.7 I2C讀/寫器件控製器設計 ……………………………………………… 325

6.3.8 I2C控製器仿真驗證 ……………………………………………………… 335

6.3.9 串口讀/寫EEPROM 係統設計 ………………………………… FPGA自學筆記—設計與驗證 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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書不錯，但是就是包裝太簡陋，感覺彆人用過