《EDA技术与VHDL(第5版)/高等院校电子信息科学与工程规划教材》系统地介绍了EDA 技术和VHDL 硬件描述语言,将VHDL 的基础知识、编程技巧和实用方法与实际工程开发技术在Quartus II 13.1 上很好地结合起来,使读者通过《EDA技术与VHDL(第5版)/高等院校电子信息科学与工程规划教材》的学习能迅速了解并掌握EDA技术的基本理论和工程开发实用技术,为后续的深入学习和发展打下坚实的理论与实践基础。
作者依据高校课堂教学和实验操作的规律与要求,并以提高学生的实际工程设计能力和自主创新能力为目的,合理编排全书内容。全书共分为8 个部分:EDA 技术的概述、VHDL 语法知识及其实用技术、Quartus II 及LPM 宏模块的详细使用方法、有限状态机设计技术、16 位实用CPU 设计技术及创新实践项目、基于ModelSim 的Test Bench 仿真技术、以及基于MATLAB 和DSP Builder 平台的EDA 设计技术及大量实用系统设计示例。除个别章节外,其他章节都安排了相应的习题和大量针对性强的实验与设计项目。书中列举的VHDL 示例都已经编译通过或经硬

第 1 章 EDA 技术概述 1

11 EDA 技术 1

12 EDA 技术应用对象 2

13 常用的硬件描述语言 4

14 EDA 技术的优势 5

15 面向FPGA 和CPLD 的开发流程 6

151 设计输入 7

152 综合 7

153 适配（布线布局） 9

154 仿真 9

155 RTL 描述 10

16 可编程逻辑器件 10

161 PLD 的分类 11

162 PROM 可编程原理 12

163 GAL 14

17 CPLD 的结构与可编程原理 15

18 FPGA 的结构与工作原理 18

181 查找表逻辑结构 18

182 Cyclone 4E 系列器件的结构原理 18

183 内嵌Flash 的FPGA 器件 21

19 硬件测试技术 21

191 内部逻辑测试 21

192 JTAG 边界扫描测试 22

110 编程与配置 22

111 Quartus II 23

112 IP 核 25

113 EDA 的发展趋势 25

习题 27

第2 章程序结构与数据对象 28

21 VHDL 程序结构 28

22 VHDL 程序基本构建 30

221 实体和端口模式 30

222 结构体 31 223 库和库的种类 32

224 库和程序包的调用方法 34

225 配置 35

23 VHDL 文字规则 36

231 数字 36

232 字符串 36

233 关键词 37

234 标识符及其表述规则 37

235 文件取名和存盘 38

236 规范的程序书写格式 38

24 VHDL 数据对象 39

241 常数 39

242 变量 39

243 信号 40

习题 42

第3 章数据类型与顺序语句 43

31 VHDL 数据类型 43

311 BIT 和BIT_VECTOR 类型 44

312 STD_LOGIC 和STD_LOGIC_VECTOR 类型 44

313 整数类型INTEGER 46

314 布尔数据类型BOOLEAN 47

315 SIGNED 和UNSIGNED 类型 47

316 其他预定义类型 49

317 数据类型转换函数 50

32 常用顺序语句 52

321 赋值语句 52

322 CASE 语句 53

323 PROCESS 语句 54

324 并置操作符& 55

325 IF 语句 56

33 IF 语句使用示例 57

331 D 触发器的VHDL 描述 57

332 含异步复位和时钟使能D 触发器的描述 60

333 基本锁存器的描述 60

334 含清零控制锁存器的描述 62

335 实现时序电路的不同表述方式 63

336 4 位二进制加法计数器设计 64

337 计数器更常用的VHDL 表达方式 65

338 设计一个实用计数器 67 339 含同步并行预置功能的8 位移位寄存器设计 69

3310 优先编码器设计 70

34 VHDL 其他顺序语句 71

341 LOOP 循环语句 72

342 NEXT 语句 72

343 EXIT 语句 73

344 WAIT 语句 74

345 GENERIC 参数定义语句 77

346 REPORT 语句 77

347 断言语句 78

348 端口数据含1 个数的统计电路模块设计 80

习题 81

第4 章时序仿真与硬件实现 83

41 代码编辑输入和系统编译 83

411 编辑和输入设计文件 83

412 创建工程 84

413 约束项目设置 85

414 全程综合与编译 87

415 RTL 图观察器应用 88

42 时序仿真 89

43 硬件测试 91

431 引脚锁定 92

432 编译文件下载 93

433 通过JTAG 口对配置芯片进行间接编程 95

434 USB-Blaster 驱动程序安装方法 96

44 电路原理图设计流程 96

441 设计一个半加器 96

442 完成全加器顶层设计 98

443 对全加器进行时序仿真和硬件测试 99

45 利用属性表述实现引脚锁定 100

46 SignalTap II 的用法 101

47 编辑SignalTap II 的触发信号 106

48 安装Quartus II 131 说明 106

习题 111

实验与设计 112

实验4-1 多路选择器设计实验 112

实验4-2 十六进制7 段数码显示译码器设计 112

实验4-3 应用宏模块设计数字频率计 114

实验4-4 计数器设计实验 117实验4-5 数码扫描显示电路设计 118

实验4-6 硬件消抖动电路设计 118

实验4-7 串行静态显示控制电路设计 119

第5 章并行语句 121

51 并行信号赋值语句 121

511 简单信号赋值语句 121

512 条件信号赋值语句 122

513 选择信号赋值语句 123

514 块语句 124

515 元件例化语句 124

516 例化语句应用示例 125

517 生成语句 127

518 GENERIC 参数传递映射语句及其使用方法 129

519 数据类型定义语句 131

5110 VHDL 的存储器描述 134

5111 信号属性及属性函数 136

52 VHDL 运算操作符 138

521 逻辑操作符 138

522 关系操作符 140

523 算术操作符 141

524 省略赋值操作符 144

53 keep 属性应用 145

54 SignalProbe 使用方法 146

习题 148

实验与设计 149

实验5-1 8 位加法器设计实验 149

实验5-2 高速硬件除法器设计 149

实验5-3 移位相加型8 位硬件乘法器设计 150

实验5-4 基于VHDL 代码的频率计设计 150

实验5-5 VGA 彩条信号显示控制电路设计 152

实验5-6 不同类型的移位寄存器设计实验 156

第6 章 LPM宏模块使用方法 157

61 调用计数器宏模块示例 157

611 计数器LPM 模块文本代码的调用 157

612 LPM 计数器代码与参数传递语句应用 159

613 创建工程与仿真测试 160

62 利用属性控制乘法器构建的示例 161

63 LPM_RAM 宏模块用法 162

631 初始化文件及其生成 162 632 LPM_RAM 的设置与调用 164

633 测试LPM_RAM 166

634 用VHDL 代码描述存储器以及用初始化文件加载表述 166

64 LPM_ROM 使用示例 168

641 简易正弦信号发生器设计 168

642 正弦信号发生器硬件实现和测试 169

65 在系统存储器数据读写编辑器应用 171

66 LPM 嵌入式锁相环调用 172

661 建立嵌入式锁相环元件 172

662 测试锁相环 175

67 In-System Sources and Probes Editor 用法 175

68 DDS 实现原理与应用 178

681 DDS 原理 178

682 DDS 信号发生器设计示例 180

习题 181

实验与设计 181

实验6-1 查表式硬件运算器设计 181

实验6-2 正弦信号发生器设计 182

实验6-3 简易逻辑分析仪设计 182

实验6-4 DDS 正弦信号发生器设计 183

实验6-5 移相信号发生器设计 184

实验6-6 VGA 简单图像显示控制模块设计 185

实验6-7 AM 幅度调制信号发生器设计 186

第7 章 VHDL 设计深入 188

71 进程中的信号赋值与变量赋值 188

72 含高阻输出的电路设计 192

721 三态门设计 192

722 双向端口的设计方法 193

723 三态总线电路设计 195

73 资源优化 196

731 资源共享 197

732 逻辑优化 198

733 串行化 199

74 速度优化 200

741 流水线设计 201

742 关键路径法 203

75 仿真延时 204

751 固有延时 204

752 传输延时 205 753 仿真δ 205

习题 206

实验与设计 207

实验7-1 4X4 阵列键盘键信号检测电路设计 207

实验7-2 乐曲硬件演奏电路设计 207

实验7-3 PS2 键盘控制模型电子琴电路设计 210

实验7-4 直流电机综合测控系统设计 213

实验7-5 VGA 动画图像显示控制电路设计 215

第8 章状态机设计技术 216

81 VHDL 状态机的一般形式 216

811 状态机的特点与优势 216

812 VHDL 状态机的一般结构 217

813 状态机设计初始约束与表述 220

82 Moore 型状态机的设计 221

821 多进程状态机 222

822 序列检测器之状态机设计 225

83 Mealy 型状态机的设计 226

84 状态编码 230

841 直接输出型编码 230

842 顺序编码 232

843 一位热码状态编码 232

844 状态编码设置 233

85 **状态机设计 234

851 程序直接导引法 235

852 状态编码监测法 235

853 借助EDA 优化控制工具生成**状态机 236

习题 236

实验与设计 236

实验8-1 序列检测器设计 236

实验8-2 并行ADC 采样控制电路实现与硬件验证 237

实验8-3 数据采集模块设计 238

实验8-4 五功能智能逻辑笔设计 239

实验8-5 串行ADC/DAC 采样或信号输出控制电路设计 240

第9 章 16 位CPU 创新设计 241

91 KX9016 的结构与特色 241

92 KX9016 基本硬件系统设计 244

921 单步节拍发生模块 244

922 运算器 244

923 比较器 245 924 基本寄存器与寄存器阵列组 246

925 移位器 250

926 程序与数据存储器 251

93 KX9016v1 指令系统设计 251

931 指令格式 251

932 指令操作码 252

933 软件程序设计实例 254

934 KX9016 v1 控制器设计 255

935 指令设计实例详解 259

94 KX9016 的时序仿真与硬件测试 260

941 时序仿真与指令执行波形分析 260

942 CPU 工作情况的硬件测试 262

95 KX9016 应用程序设计实例和系统优化 264

951 乘法算法及其硬件实现 264

952 除法算法及其硬件实现 265

953 KX9016v1 的硬件系统优化 266

习题 267

实验与设计 268

实验9-1 16 位CPU 验证性设计综合实验 268

实验9-2 新指令设计及程序测试实验 268

实验9-3 16 位CPU 的优化设计与创新 269

第10 章 VHDL 仿真和语句补充 271

101 VHDL 仿真流程 272

102 VHDL 测试基准实例 274

103 VHDL Test Bench 测试流程 276

104 VHDL 子程序 278

1041 函数 278

1042 重载函数 281

1043 决断函数 283

1044 过程 284

1045 重载过程 286

1046 子程序调用语句 286

1047 RETURN 语句 288

1048 并行过程调用语句 289

105 VHDL 程序包 291

习题 293

实验与设计 294

实验10-1 在ModelSim 上对VHDL Test Bench 进行仿真 294

第11 章 DSP Builder 系统设计方法 295 111 MATLAB/DSP Builder 及其设计流程 295

112 正弦信号发生器设计 297

1121 建立设计模型 298

1122 Simulink 模型仿真 304

1123 SignalCompiler 使用方法 307

1124 使用ModelSim 进行RTL 级仿真 308

1125 使用Quartus II 实现时序仿真 310

1126 硬件测试与硬件实现 310

113 DSP Builder 层次化设计 311

114 基于DSP Builder 的DDS 设计 314

1141 DDS 模块设计 314

1142 FSK 调制器设计 316

1143 正交信号发生器设计 318

1144 数控移相信号发生器设计 318

1145 幅度调制信号发生器设计 318

115 HIL 硬件测试 320

习题 324

实验与设计 325

实验11-1 利用MATLAB/DSP Builder 设计基本电路模块 325

实验11-2 基于DSP Builder 的DDS 应用模型设计 326

实验11-3 HIL 硬件环仿真实验 327

第12 章 DSP Builder 设计深入 329

121 FIR 数字滤波器设计 329

1211 FIR 滤波器原理 329

1212 使用DSP Builder 设计FIR 滤波器 330

1213 使用MATLAB 的滤波器设计工具 334

1214 使用FIR IP Core 设计FIR 滤波器 340

122 HDL 模块插入仿真及其设计 343

习题 346

实验与设计 347

实验12-1 FIR 数字滤波器设计实验 347

实验12-2 调制解调模块设计实验 348

实验12-3 HDL Import 模块应用实验 348

附录A EDA 开发系统及相关电路与表格 349

A1 KX_CDS 系列EDA/SOPC 系统 350

A2 部分实验扩展模块 354

A3 mif 文件生成器使用方法 355

A4 核心板FPGA 扩展至KX_CDS 系统对照表 357

A5 多功能重配置结构可切换的部分实验电路图 359