本书根据EDA课程教学要求,以提高数字系统设计能力为目的,系统阐述FPGA数字系统开发的相关知识,主要内容包括EDA技术概述、FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述语言等。全书以Quartus Prime、ModelSim软件为工具,以Verilog-1995和Verilog-2001语言标准为依据,以可综合的设计为**,通过诸多精选设计案例,阐述数字系统设计的方法与技术,由浅入深地介绍Verilog工程开发的知识与技能。 本书着眼于实用,紧密联系教学实际,实例丰富。全书深入浅出,概念清晰,语言流畅。本书配有教学课件,可从华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)免费下载。

第1章 EDA技术概述 1 1.1 EDA技术及其发展 1 1.2 Top-down设计与IP核复用 4 1.2.1 Top-down设计 4 1.2.2 Bottom-up设计 4 1.2.3 IP复用技术与SoC 5 1.3 数字系统设计的流程 6 1.3.1 设计输入 7 1.3.2 综合 7 1.3.3 布局布线 8 1.3.4 时序分析与时序约束 8 1.3.5 功能仿真与时序仿真 8 1.3.6 编程与配置 9 1.4 常用的EDA工具软件 9 1.5 EDA技术的发展趋势 13 习题1 14 第2章 FPGA/CPLD器件 15 2.1 PLD器件概述 15 2.1.1 PLD器件的发展历程 15 2.1.2 PLD器件的分类 16 2.2 PLD的原理与结构 18 2.2.1 PLD器件的结构 18 2.2.2 PLD电路的表示方法 18 2.3 低密度PLD的原理与结构 20 2.4 CPLD的原理与结构 24 2.4.1 宏单元结构 24 2.4.2 典型CPLD的结构 25 2.5 FPGA的原理与结构 28 2.5.1 查找表结构 28 2.5.2 典型FPGA的结构 30 2.5.3 Cyclone IV器件结构 33 2.6 FPGA/CPLD的编程元件 36 2.7 边界扫描测试技术 39 2.8 FPGA/CPLD的编程与配置 41 2.8.1 在系统可编程 41 2.8.2 FPGA器件的配置 41 2.8.3 Cyclone IV器件的编程 42 2.9 FPGA/CPLD器件概述 45 2.10 FPGA/CPLD的发展趋势 48 习题2 48 第3章 Quartus Prime使用指南 49 3.1 Quartus Prime设计的流程 49 3.2 Quartus Prime原理图设计 50 3.2.1 半加器原理图设计输入 50 3.2.2 1位全加器设计输入 54 3.2.3 1位全加器的编译 56 3.2.4 1位全加器的仿真 58 3.2.5 1位全加器的下载 62 3.3 基于IP核的设计 65 3.3.1 模24方向可控计数器 66 3.3.2 4×4无符号数乘法器 72 3.4 SignalTap II的使用方法 78 3.5 Quartus Prime的优化设置 82 习题3 85 第4章 Verilog语言初步 89 4.1 Verilog的历史 89 4.2 Verilog模块的结构 90 4.3 Verilog组合逻辑设计 93 4.4 Verilog时序逻辑设计 95 习题4 98 第5章 Verilog语言要素 99 5.1 概述 99 5.2 常量 100 5.2.1 整数 100 5.2.2 实数 102 5.2.3 字符串 102 5.3 数据类型 103 5.3.1 net型 104 5.3.2 variable型 104 5.4 参数 106 5.4.1 参数parameter 106 5.4.2 Verilog-2001中的参数声明 106 5.4.3 参数的传递 107 5.4.4 localparam 108 5.5 向量 108 5.6 运算符 110 习题5 115 第6章 Verilog语句语法 116 6.1 过程语句 116 6.1.1 always过程语句 117 6.1.2 initial过程语句 120 6.2 块语句 121 6.2.1 串行块begin-end 121 6.2.2 并行块fork-join 121 6.3 赋值语句 122 6.3.1 持续赋值与过程赋值 122 6.3.2 阻塞赋值与非阻塞赋值 124 6.4 条件语句 125 6.4.1 if-else语句 125 6.4.2 case语句 127 6.5 循环语句 131 6.5.1 for语句 131 6.5.2 repeat、while、forever语句 132 6.6 编译指示语句 134 6.7 任务与函数 135 6.7.1 任务 136 6.7.2 函数 137 6.8 Verilog-2001语言标准 140 6.8.1 Verilog-2001改进和增强的语法结构 140 6.8.2 属性及PLI接口 149 习题6 151 第7章 Verilog设计的层次与风格 152 7.1 Verilog设计的层次 152 7.2 门级结构描述 152 7.2.1 Verilog门元件 153 7.2.2 门级结构描述 155 7.3 数据流描述与行为描述 156 7.4 不同描述风格的设计 157 7.4.1 半加器设计 157 7.4.2 1位全加器设计 158 7.4.3 加法器的级联 159 7.5 多层次结构电路的设计 160 7.5.1 模块例化 161 7.5.2 用parameter进行参数传递 162 7.5.3 用defparam进行参数重载 163 7.6 Verilog组合电路设计 164 7.7 Verilog时序电路设计 168 7.8 三态逻辑设计 174 7.9 锁相环 176 习题7 181 第8章 Verilog有限状态机设计 182 8.1 有限状态机 182 8.2 有限状态机的Verilog描述 183 8.2.1 用三个always块描述 184 8.2.2 用两个过程描述 185 8.2.3 单过程描述方式 186 8.3 状态编码 187 8.3.1 常用的编码方式 187 8.3.2 状态编码的定义 189 8.3.3 用属性指定状态编码方式 192 8.4 有限状态机设计要点 193 8.4.1 复位和起始状态的选择 193 8.4.2 多余状态的处理 195 8.5 用有限状态机控制流水灯 196 8.5.1 流水灯控制器 196 8.5.2 引脚分配与锁定 198 8.6 用有限状态机控制A/D采样 204 习题8 205 第9章 Verilog驱动常用I/O外设 207 9.1 4×4矩阵键盘 207 9.2 标准PS/2键盘 211 9.3 字符液晶 217 9.4 汉字图形点阵液晶 224 9.5 VGA显示器 230 9.5.1 VGA显示原理与时序 230 9.5.2 VGA彩条信号发生器 233 9.5.3 VGA图像显示与控制 238 9.6 乐曲演奏电路 244 习题9 250 第10章 Verilog设计进阶 253 10.1 设计的可综合性 253 10.2 流水线设计技术 255 10.3 时序约束与时序分析 259 10.3.1 时序分析的有关概念 259 10.3.2 用Timing Analyzer进行时序分析 261 10.4 资源共享 266 10.5 阻塞赋值与非阻塞赋值 268 10.6 加法器设计 271 10.6.1 行波进位加法器 271 10.6.2 超前进位加法器 272 10.6.3 流水线加法器 276 10.7 乘法器设计 276 10.7.1 并行乘法器 276 10.7.2 布斯乘法器 277 10.7.3 查找表乘法器 280 10.8 奇数分频与小数分频 280 10.8.1 奇数分频 280 10.8.2 半整数分频 281 10.8.3 小数分频 282 习题10 285 第11章 Verilog Test Bench仿真 286 11.1 系统任务与系统函数 286 11.2 用户自定义元件 290 11.2.1 组合电路UDP元件 291 11.2.2 时序逻辑UDP元件 292 11.3 延时模型的表示 294 11.3.1 时间标尺定义`timescale 294 11.3.2 延时的表示与延时说明块 295 11.4 Test Bench测试平台 296 11.5 组合和时序电路的仿真 298 11.6 ModelSim SE使用指南 300 11.6.1 用图形用户界面进行功能仿真 302 11.6.2 用命令行方式进行功能仿真 305 11.6.3 时序仿真 306 习题11 308 第12章 Verilog设计实例 309 12.1 脉宽调制与步进电动机驱动 309 12.1.1 PWM信号 309 12.1.2 用PWM驱动蜂鸣器 310 12.1.3 用PWM驱动步进电动机 313 12.2 超声波测距 317 12.3 整数开方运算 321 12.4 Cordic算法及实现 327 12.4.1 Cordic算法及其原理 327 12.4.2 Cordic算法的实现 329 12.5 UART异步串口通信 337 12.6 I2C总线控制音频编解码器 341 12.7 数字AGC 348 12.7.1 数字AGC的原理 349 12.7.2 数字AGC的实现与仿真 349 习题12 355 参考文献 356

王金明,男,1972年5月出生,博士,现为解放军陆军工程大学副教授、硕士生导师。曾获军队科技进步一等奖1项,军队科技进步二等奖3项,军队科技进步三等奖5项,获军队级教学成果二等奖1项;获**发明专利授权2项,获软件著作授权1项;发表论文80余篇,其中SCI、EI收录30余篇;主编教材多部,并入选"十一五”**级规划教材和"十二五”**级规划教材;2013年获军队院校育才奖银奖;2014年由**留学基金委资助,在美国威斯康星大学麦迪逊分校访问研究1年;指导本科生参加全国大学生电子设计竞赛,共获得全国一等奖8项。