基本信息
書名:基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐
定價:79.00元
作者:陳忠平
齣版社:電子工業齣版社
齣版日期:2014-05-01
ISBN:9787121230059
字數:
頁碼:
版次:1
裝幀:平裝
開本:16開
商品重量:0.4kg
編輯推薦
本書以VHDL語言為藍本,結閤Quartus II軟件,通過豐富的實例從實驗、實踐、實用的角度,詳細敘述瞭FPGA在數字係統中的應用。
內容提要
本書以VHDL語言為藍本,結閤Quartus II軟件,通過豐富的實例從實驗、實踐、實用的角度,詳細敘述瞭FPGA在數字係統中的應用。本書共10章,主要內容包括FPGA硬件結構知識、VHDL語言編程基礎、硬件開發工具Quartus II的使用、門電路設計與實現、常用組閤邏輯電路的設計、常用時序邏輯電路與狀態機的設計、FPGA的顯示及鍵盤控製、FPGA在數字係統設計中的應用、FPGA在數字信號處理中的應用、宏功能模塊與SOPC技術的應用。
目錄
章 FPGA硬件結構知識
1.1 CPLD/FPGA概述
1.2 FPGA體係結構
1.2.1 FPGA基本結構
1.2.2 FPGA的結構特點
1.3 FPGA編程與配置
1.3.1 FPGA的下載接口
1.3.2 FPGA的JTAG在綫配置
1.3.3 FPGA專用配置器件
1.3.4 使用單片機在綫配置
1.3.5 使用CPLD配置FPGA
1.4 FPGA常用芯片與選用
1.4.1 FPGA常用芯片
1.4.2 FPGA器件的選用
第2章 VHDL語言編程基礎
2.1 係統的錶示方法和硬件描述語言特點
2.1.1 FPGA係統的VHDL錶示方法
2.1.2 VHDL硬件描述語言特點
2.2 VHDL語言結構與要素
2.2.1 VHDL語言結構
2.2.2 VHDL語言要素
2.3 VHDL基本語句
2.3.1 VHDL順序語句
2.3.2 VHDL並行語句
第3章 硬件開發工具Quartus II的使用
3.1 Quartus II軟件綜述
3.1.1 Quartus II軟件的特點及其支持的器件
3.1.2 Quartus II軟件工具及功能簡介
3.1.3 Quartus II軟件的用戶界麵
3.1.4 Quartus II支持文件類型
3.2 Quartus II軟件開發流程
3.3 Quartus II的安裝
3.4 Quartus II的使用
3.4.1 創建Quartus II項目
3.4.2 設計輸入
3.4.3 項目配置及時序約束
3.4.4 編譯
3.4.5 仿真
3.4.6 器件編程和配置
第4章 門電路設計與實現
4.1 基本門電路與組閤門電路
4.1.1 基本門電路
4.1.2 組閤邏輯門電路
4.2 三態門和總綫緩衝器
4.2.1 三態門
4.2.2 單嚮總綫緩衝器
4.2.3 雙嚮總綫緩衝器
第5章 常用組閤邏輯電路的設計
5.1 編碼器
5.1.1 普通編碼器
5.1.2 優先編碼器
5.2 譯碼器
5.2.1 二進製譯碼器
5.2.2 十進製譯碼器
5.2.3 七段譯碼器
5.3 數據選擇器和數據分配器
5.3.1 數據選擇器
5.3.2 數據分配器
5.4 數值比較器和奇偶校驗器
5.4.1 數值比較器
5.4.2 奇偶校驗器
5.5 運算器
5.5.1 加法器
5.5.2 減法器
5.5.3 乘法器
5.5.4 除法器
第6章 常用時序電路與狀態機的設計
6.1 觸發器
6.1.1 R-S觸發器
6.1.2 D觸發器
6.1.3 J-K觸發器
6.1.4 T觸發器
6.2 計數器
6.2.1 常用二進製計數器
6.2.2 可逆計數器
6.3 鎖存器和寄存器
6.3.1 鎖存器
6.3.2 基本寄存器
6.3.3 移位寄存器
6.4 存儲器
6.4.1 ROM隻讀存儲器
6.4.2 RAM存儲器
6.4.3 FIFO存儲器
6.4.4 LIFO存儲器
6.5 分頻器
6.5.1 偶數分頻器
6.5.2 奇數分頻器
6.5.3 2n分頻器
6.5.4 占空比可調分頻器
6.5.5 半整數分頻器
6.5.6 數控分頻器
6.6 狀態機的設計
6.6.1 狀態機的結構、分類及特點
6.6.2 一般狀態機
6.6.3 Moore狀態機
6.6.4 Mealy狀態機
6.7 序列信號發生器與檢測器
6.7.1 序列信號檢測器的設計
6.7.2 m序列信號發生器的設計
6.7.3 計數型序列信號發生器的設計
第7章 FPGA的顯示及鍵盤控製
7.1 LED廣告燈設計
7.1.1 LED控製原理
7.1.2 閃爍廣告燈的設計
7.1.3 流水廣告燈的設計
7.1.4 拉幕式與閉幕式廣告燈的設計
7.1.5 復雜廣告燈的設計
7.2 LED數碼管顯示控製
7.2.1 單個LED數碼管顯示設計
7.2.2 8位LED數碼管動態顯示設計
7.2.3 8位LED數碼管移位顯示設計
7.3 鍵盤控製
7.3.1 鍵盤控製原理
7.3.2 按鍵計數控製
7.3.3 查詢式按鍵設計
7.3.4 矩陣式鍵盤控製設計
7.3.5 簡單撥號鍵盤設計
7.4 字符式LCD顯示控製
7.4.1 LCD液晶顯示原理
7.4.2 字符式LCD靜態顯示
7.4.3 字符式LCD移位顯示
第8章 FPGA在數字係統設計中的應用
8.1 交通信號燈控製器
8.1.1 交通信號燈的控製要求
8.1.2 交通信號燈的硬件連接
8.1.3 交通信號燈的程序設計
8.1.4 交通信號燈控製器的波形仿真
8.1.5 交通信號燈的引腳鎖定與硬件驗證
8.2 MIDI音樂發生器
8.2.1 MIDI音樂發生器的控製要求
8.2.2 MIDI音樂發生器的播放原理
8.2.3 MIDI音樂發生器的硬件連接
8.2.4 MIDI音樂發生器的程序設計
8.2.5 MIDI音樂發生器的波形仿真
8.2.6 MIDI音樂發生器的引腳鎖定與硬件驗證
8.3 智力搶答器
8.3.1 智力搶答器的控製要求
8.3.2 智力搶答器的硬件連接
8.3.3 智力搶答器的程序設計
8.3.4 智力搶答器的波形仿真
8.3.5 智力搶答器的引腳鎖定與硬件驗證
8.4 可調數字鍾
8.4.1 可調數字鍾的控製要求
8.4.2 可調數字鍾的硬件連接
8.4.3 可調數字鍾的程序設計
8.4.4 可調數字鍾的波形仿真
8.4.5 可調數字鍾的引腳鎖定與硬件驗證
8.5 VGA彩條信號發生器
8.5.1 VGA彩條信號發生器的控製要求
8.5.2 VGA彩條信號發生器的基本知識
8.5.3 VGA彩條信號發生器的硬件連接
8.5.4 VGA彩條信號發生器的程序設計
8.5.5 VGA彩條信號發生器的波形仿真
8.5.6 VGA彩條信號發生器的引腳鎖定與硬件驗證
8.6 電梯控製器
8.6.1 電梯控製器的控製要求
8.6.2 電梯控製器的硬件連接
8.6.3 電梯控製器的程序設計
8.6.4 電梯控製器的波形仿真
8.6.5 電梯控製器的引腳鎖定與硬件驗證
第9章 FPGA在數字信號處理中的應用
9.1 CORDIC算法的應用設計
9.1.1 CORDIC算法的基本理論
9.1.2 CORDIC算法的設計思路
9.1.3 CORDIC算法的程序設計
9.1.4 CORDIC算法的波形仿真
9.2 FIR濾波器的設計
9.2.1 FIR濾波器的原理
9.2.2 直接形式的FIR濾波器設計
9.2.3 轉置結構的FIR濾波器設計
9.3 IIR濾波器的設計
9.3.1 IIR濾波器的基本理論
9.3.2 直接型IIR濾波器設計
9.3.3 級聯型IIR濾波器設計
0章 宏功能模塊與SOPC技術的應用
10.1 宏功能模塊的應用
10.1.1 LPM_COUNTER在數控分頻器中的應用
10.1.2 LPM_ROM在4位乘法器中的應用
10.1.3 LPM_RAM存儲器在FPGA中的讀/寫控製
10.1.4 LPM_FIFO先入先齣存儲器在FPGA中的讀/寫控製
10.1.5 ALTPLL鎖相環在倍頻/分頻中的應用
10.2 SOPC技術的應用
10.2.1 SOPC的設計流程與係統架構
10.2.2 LED流水燈的設計
參考文獻
作者介紹
陳忠平,湖南工程職業技術學院講師,具有豐富的單片機原理、EDA技術、電子技術等課程的教學經驗,著有《基於Proteus的51係列單片機設計與仿真》、《基於項目驅動式的C51單片機程序設計與應用》、《基於Proteus的AVR單片機C語言程序設計與仿真》、《基於Proteus的PIC單片機C語言程序設計與仿真》和《基於Quartus II的FPGA/CPLD設計與應用》等。
文摘
序言
坦白說,我買過不少關於硬件描述語言的書,很多都是那種翻譯腔很重,或者例子是十年前的Xilinx/Altera的舊版工具鏈,讓人讀起來非常彆扭。這本書的語言風格,讀起來有一種國內資深工程師的沉穩和清晰感,非常地道。特彆是它在講解VHDL的並發與順序結構時,引用瞭一些非常巧妙的比喻,一下子就讓我明白瞭`process`塊內部的執行順序和`generate`語句的編譯時展開特性。我個人對這本書的“實踐”部分特彆看重,希望它能詳細介紹如何利用ISE或Vivado等現代EDA工具鏈進行約束設置(Timing Constraints)。因為很多時候,功能仿真通過瞭,但在硬件跑起來後時序不滿足,這時候如何根據綜閤報告精確地調整SDC/XDC文件,纔是體現工程師功力的地方。如果這本書能針對主流FPGA芯片的時序收斂問題提供一些“秘籍”或者經驗總結,那絕對是物超所值。
評分我最近正在為一個工業控製項目選型,需要用FPGA實現一個高性能的信號采集和預處理模塊。市麵上很多關於信號處理的FPGA書籍,要麼專注於純數學算法的加速,要麼就是講解一些過時的IP核使用方法。這本書的“應用實踐”幾個字,讓我對它充滿瞭期待,我希望能從中找到一些更貼近工業現場的實踐經驗。例如,在錯誤檢測與糾正(EDAC)或高精度定時器/計數器設計的章節中,我非常希望作者能提供一些關於如何處理實際噪聲乾擾和晶振漂移問題的對策。如果書中能包含一些實打實的模塊級設計示例,比如一個基於DMA的內存映射接口或者一個簡單的SPI/I2C控製器,並且這些示例的代碼都經過瞭嚴格的綜閤和布局布綫仿真驗證,那這本書的價值就無可估量瞭。我最怕的就是那種“紙上談兵”的例子,隻有代碼,沒有實際的性能指標和調試心得,希望這本書能避免這種陷阱。
評分這本書的封麵設計簡直是直擊我這個嵌入式“老鳥”的心髒!那種帶著一點點復古的科技感,深邃的藍色背景,配上醒目的白色和橙色字體,讓人一眼就知道這是一本硬核的技術乾貨。我記得我是在一個技術論壇上偶然看到有人提到瞭這本書的排版,說是非常清晰易讀,即使是涉及到復雜的時序邏輯和狀態機設計,也能用圖錶和代碼片段配閤得恰到好處。我立刻下單瞭,當時的想法很簡單,現在很多FPGA入門書籍要麼內容太淺,要麼案例陳舊,但這本書的標題“基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐”聽起來就充滿瞭實戰的味道,預示著它不會隻是停留在理論的層麵。我特彆期待它在高級同步電路設計上的論述,畢竟在實際項目中,如何保證跨時鍾域安全通信,以及如何高效利用FPGA資源進行流水綫優化,纔是區分“會用”和“精通”的關鍵。如果這本書能在這些方麵提供深入且可復現的案例,那它絕對是值得我放在手邊隨時翻閱的工具書。
評分翻到書的後半部分,我注意到有專門章節講解瞭如何進行模塊級彆的驗證和測試平颱(Testbench)的搭建。這一點太重要瞭!在我看來,一個好的FPGA工程師,至少一半的精力要放在驗證上。這本書如果能深入講解如何使用VHDL編寫高效的自檢代碼,如何利用`report`和`assert`語句進行運行時檢查,甚至能觸及到SystemVerilog中的更高級驗證方法學(即使隻是作為選讀的補充),那它就超越瞭一般“如何寫VHDL”的教程範疇,真正上升到瞭“如何做好數字係統設計”的層麵。我希望能看到作者是如何組織一個大型項目的層次化結構,如何利用庫和包來管理復用代碼,以及在模塊接口定義時,如何保證信號的清晰和低耦閤。這些“軟技能”往往是教科書中最容易被忽略,但卻是實際工作中決定項目成敗的關鍵。這本書如果能在這些方麵給齣建設性的指導,那它無疑是近幾年FPGA學習領域的一股清流。
評分初翻這本書的目錄時,我最大的感受就是編排的邏輯性極強,簡直像是為我量身定做的學習路徑圖。它沒有一上來就堆砌晦澀的硬件描述語言特性,而是非常紮實地從FPGA的基本架構和開發流程講起,這對於我這種半路齣傢、理論基礎不太牢固的人來說太友好瞭。我尤其欣賞它在講解基礎邏輯門和觸發器實現後,立刻緊跟著介紹瞭如何用VHDL來描述這些基礎單元,這種“先理解物理,再描述行為”的教學方式,讓人對代碼的每一行意圖都瞭如指掌,避免瞭那種隻知其然不知其所以然的“代碼搬運工”心態。再往後看,那些關於有限狀態機(FSM)的章節,我發現作者沒有采用單一的圖錶模式,而是分彆用不同的編碼風格(如Moore和Mealy)來展示,並且對比瞭它們在資源占用和輸齣延遲上的優劣,這種對比分析式的講解,極大地提升瞭我對設計權衡的認識。這本書的深度和廣度,感覺是那種能陪伴我度過新手期,並能在我晉升到中級工程師時依然能提供參考價值的寶藏。
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