第1章FPGA概述

1.1FPGA的发展历程

1.2FPGA的基本原理

1.2.1基于查找表的FPGA的基本结构及逻辑实现原理

1.2.2基于乘积项的FPGA的基本结构及逻辑实现原理

1.2.3FPGA的配置应用

1.3FPGA的设计方法

1.4FPGA的设计流程

1.4.1基于"自顶向下"设计方法的FPGA设计流程

1.4.2基于"自顶向下"设计流程的优点

1.5总结与结论

第2章硬件描述语言入门

2.1VHDL入门

2.1.1VHDL的模块组织

2.1.2基本的数据类型及常量、变量、信号

2.1.3运算符及表达式

2.1.4VHDL基本语句

2.1.5典型电路的设计

2.2VerilogHDL入门

2.2.1VerilogHDL模块的结构

2.2.2基本的数据类型及常量、变量

2.2.3运算符及表达式

2.2.4语句

2.2.5典型电路的设计

2.2.6小结

2.3总结与结论

第3章简单电路的HDL设计

3.1基本组合逻辑运算

3.1.1与运算

3.1.2或运算

3.1.3异或运算

3.1.4与非运算

3.1.5二选一多路选择器

3.1.6两位比较器

3.2基本时序器件--寄存器

3.2.1D触发器

3.2.2T触发器

3.2.3J-K触发器

3.2.4时序器件--移位寄存器

3.3简单数学运算

3.3.14位加法器

3.3.24位计数器

3.3.34位乘法器

3.4总结与结论

第4章FPGA的同步设计

4.1同步的定义

4.2同步部件

4.2.1基本的同步部件

4.2.2同步清除D型触发器

4.2.3E型触发器

4.2.4T型触发器

4.2.5同步R-S触发器

4.2.6R型触发器

4.3状态产生

4.3.1状态的无条件执行

4.3.2状态的有条件执行

4.4中央允许产生器

4.5同步清除

4.6时钟歪斜的清除

4.7异步接口

4.7.1互相同步的系统

4.7.2互相异步的系统

4.7.3同步系统的异步输入

4.7.4握手发送数据的安全性

4.7.5微处理器存储器映射中的FPGA

4.7.6亚稳定性

4.7.7小结

4.8总结与结论

第5章常见的FPGA设计实例

……

第6章FPGA的配置与编程

第7章3DES算法的FPGA实现及其在3DES-PCI安全卡中的应用

第8章FPGA发展趋势

附录1世界著名的FPGA厂商

附录2常用的FPGA开发工具

参考文献

第1章 基于FPGA的最小系统板的设计及下载 1

1.1 FPGA最小系统板的设计及应用(SpartanⅡE、SpartanⅢ) 1

1.2 FPGA开发板的设计 10

1.3 FPGA最小系统板下载配置 18

第2章 FPGA的存储模块设计 29

2.1 静态随机存取存储器SRAM程序设计 29

2.2 FIFO先进先出模块程序设计 31

2.3 XC18V02存储芯片(E2PROM)的接口电路、时序及应用程序设计 45

2.4 AT24C02存储芯片的接口电路、时序及应用程序设计(I2C串行通信) 50

2.5 AT28C256存储芯片的接口电路、时序及应用程序设计 65

第3章 FPGA的时钟模块设计 70

3.1 实时时钟芯片DS12887的接口电路、时序及程序设计 70

3.2 实时时钟芯片PCF8563的接口电路、时序及程序设计 81

3.3 DCM时钟管理应用设计 120

第4章 FPGA的外围接口(I/O)及显示设计 133

4.1 轻触开关的应用设计 133

4.2 平拨开关的应用设计 138

4.3 BCD码拨盘的应用设计 139

4.4 PS/2键盘及鼠标的应用设计 141

4.5 LED显示模块设计 155

4.6 LCD显示操作时序及驱动模块的程序设计 160

4.7 VGA显示模块设计 184

4.8 触摸屏的应用模块设计 190

4.9 电机的应用设计 207

第5章 FPGA的控制模块设计 221

5.1 VHDL语言中状态机的程序设计 221

5.2 基于FPGA的高速微型打印机的控制程序设计 231

5.3 基于FPGA的CAN总线控制器程序设计 239

第6章 FPGA的模/数、数/模转换模块设计 261

6.1 DAC0832数/模转换电路及程序设计 261

6.2 TLC7524数/模转换电路及程序设计 266

6.3 AD9740数模转换电路及程序设计 272

6.4 ADC0809模数转换电路与程序设计 279

6.5 TLC5510模数转换电路与程序设计 287

6.6 ADS5102高速模数转换器的程序设计 290

第7章 FPGA的通信模块设计 298

7.1 RS-232串行通信接口模块设计 298

7.2 RS-485串行通信接口模块设计 310

7.3 USB 接口通信协议及传输模块程序设计 323

第8章 FPGA高级应用 362

8.1 基于FPGA的片内逻辑分析仪的应用 362

8.2 基于FPGA的IP Core复用 372

8.3 基于FPGA的片内延迟锁相环应用设计 377

8.4 基于FPGA的嵌入式系统设计与应用 379

第9章 FPGA的工程设计实例 397

9.1 基于FPGA的真空镀膜机控制系统的设计 397

9.2 基于FPGA的连续自动测氡仪系统的设计 430

9.3 基于FPGA的多道脉冲幅度分析器的设计 448

9.4 基于FPGA的全自动配料控制系统的设计 471

9.5 基于PI控制算法的全数字锁相环的设计 482

9.6 多功能移相式函数信号发生器的设计 489

参考文献 497

第1章 fpga系统设计基础

1.1 可编程逻辑器件基础

1.1.1 概述

1.1.2 可编程逻辑器件的编程器件工作原理

1.1.3 可编程逻辑器件的基本结构和电路表示方法

1.2 fpga的设计方法与要求

1.2.1 现代数字系统的设计方法

1.2.2 优秀fpga设计的重要特征

1.3 fpga的设计流程

1.3.1 可编程逻辑器件的一般设计流程

1.3.2 基于max+plus ii的设计流程

1.3.3 基于quartus ii的设计流程

1.3.4 基于ise的设计流程

1.3.5 嵌入powerpc405微处理器的fpga流程

1.4 fpga设计工具

1.4.1 altera的可编程逻辑器件设计工具

1.4.2 xilinx的可编程逻辑器件设计工具

本章小结

思考题与习题第2章 fpga器件

2.1 xilinx fpga器件

.2.1.1 xilinx fpga器件简介

2.1.2 spartan-ii和spartan-ii e系列产品

2.1.3 virtex-ii系列产品

2.1.4 virtex-ii pro和virtex-ii prox系列产品

2.2 altera fpga器件

2.2.1 altera fpga器件简介

2.2.2 flex系列产品

2.2.3 acex1k系列产品

2.2.4 apex系列产品

2.2.5 mercury系列产品

2.2.6 excalibur系列产品

2.2.7 stratix系列产品

本章小结

思考题与习题第3章 设计输入

3.1 基于ise 5.2的设计输入方法

3.1.1 原理图输入

3.1.2 hdl语言输入

3.1.3 状态图输入

3.1.4 ip复用

3.2 基于quartus ii 3.0的设计输入方法

3.2.1 原理图输入

3.2.2 hdl语言输入

本章小结

思考题与习题第4章 功能仿真

4.1 基于modelsim的功能仿真

4.1.1 modelsim xe iiv5.6e

4.1.2 在project navigator中建立测试激励文件

4.1.3 启动modelsim进行仿真

4.1.4 功能仿真实例:十进制计数器

4.2 基于quartus ii 3.0的功能仿真

4.2.1 建立vector waveform file文件

4.2.2 仿真器设置

4.2.3 功能仿真实例:占空比为50%的3分频器

本章小结

思考题与习题第5章 综合、实行、配置、编译与编程

5.1 ise 5.2中的综合工具xst

5.1.1 xst的综合属性

5.1.2 使用xst综合设计

5.2 基于ise 5.2的实行设计

5.2.1 用户约束

5.2.2 实行设计

5.2.3 查看相关报告

5.3 基于ise 5.2的下载配置

5.3.1 准备配置(prepare configuration)

5.3.2 配置器件(configure device)

5.4 基于quartus ii的编译与器件编程

5.4.1 使用quartus ii 3.0的编译器编译设计

5.4.2 使用quartus ii 3.0的编程器下载

本章小结

思考题与习题第6章 fpga的下载配置电路设计

6.1 xilinx的fpga下载配置电路设计

6.1.1 xilinx fpga的下载配置模式

6.1.2 virtex-ii系列器件下载配置电路设计

6.2 altera的fpga下载配置设计

6.2.1 altera公司的下载电缆

6.2.2 下载电缆配置电路设计

6.2.3 altera芯片配置电路设计

本章小结

思考题与习题第7章 设计技巧

7.1vhdl编码风格

7.1.1 描述方法对电路结构的影响

7.1.2 不同的状态机描述

7.2 采用层次化的设计

7.2.1 层次化设计的基本思想和原则

7.2.2 相似逻辑设计在一个层次

7.2.3 使用寄存器作为模块的分界线

7.3block ram设计

7.3.1 block ram的结构

7.3.2 描述block ram的vhdl程序

7.3.3 block ram的宽度和深度组合

7.4 基于ip core的block ram的设计

7.4.1 双端口块ram(dual-prot block ram)

7.4.2 使用ip core生成双端口ram

7.4.3 使用memory editor生成coe文件

7.5 时钟设计

7.5.1 数字延迟锁相环(dll)应用设计

7.5.2 全局时钟网络应用设计

7.5.3 数字时钟管理器(dcm)应用设计

本章小结

思考题与习题第8章 fpga设计实践

8.1 fpga最小系统板设计

8.1.1 xilinx fpga最小系统板设计

8.1.2 altera fpga最小系统板设计

8.1.3 bga封装印制板设计

8.2 fpga对led显示器的控制

8.2.1 fpga对led数码管静态显示控制

8.2.2 fpga对led数码管动态显示控制

8.2.3 程序设计与仿真

8.3 fpga对lcd显示器的控制

8.3.1 mdls系列液晶显示模块

8.3.2 fpga mdls字符型液晶显示模块驱动电路

8.3.3 程序设计与仿真

8.4 adc0809接口电路及程序设计

8.4.1 adc0809与fpga接口电路

8.4.2 adc0809与vhdl采样控制程序

8.5 tlc5510接口电路及程序设计

8.5.1 tlc5510与fpga接口电路

8.5.2 tlc5510 vhdl采样控制程序设计

8.6 dac0832接口电路及程序设计

8.6.1 dac0832接口电路设计

8.6.2 dac0832接口电路程序设计

8.7 tlc7524接口电路设计及程序设计

8.7.1 tlc7524接口电路设计

8.7.2 tlc7524接口电路程序设计

8.8 fpga通用异步收发器设计

8.8.1 uart简介

8.8.2 fpga uart系统组成

8.8.3 模块设计

8.8.4 程序设计与仿真

8.9 二进制振幅键控调制器与解调器设计

8.9.1 ask调制方法

8.9.2 ask解调方法

8.9.3 ask调制方框图及电路符号

8.9.4 ask调制vhdl程序及仿真

8.9.5 ask解调方框图及电路符号

8.9.6 ask解调vhdl程序及仿真

8.10 二进制频移键控调制器与解调器设计

8.10.1 fsk信号的产生

8.10.2 fsk信号的解调

8.10.3 fsk调制方框图及电路符号

8.10.4 fsk调制vhdl程序及仿真

8.10.5 fsk解调方框图及电路符号

8.10.6 fsk解调vhdl程序及仿真

8.11 二进制相位键控调制器与解调器设计

8.11.1 绝对调相和相对调相

8.11.2 cpsk信号的产生

8.11.3 dpsk信号的产生

8.11.4 dpsk信号的解调

8.11.5 cpsk调制程序方框图及电路符号

8.11.6 cpsk调制vhdl程序及仿真

8.11.7 cpsk解调方框图及电路符号

8.11.8 cpsk解计vhdl程序及仿真

8.11.9 dpsk调制方框图及电路符号

8.11.10 绝对码一相对码转换vhdl程序及仿真

8.11.11 相对码一绝对码转换方框图及电路符号

8.11.12 相对码一绝对码转换vhdl程序及仿真

8.12 多进制数字振幅调制(mask)系统

8.12.1 多进制数字振幅调制(mask)

8.12.2 mask信号的产生

8.12.3 mask调制电路vhdl程序与仿真

8.13 多进制数字频率调制(mfsk)系统

8.13.1 多进制数字频率计制mfs

8.13.2 mfsk调制电路vhdl程序及仿真

8.14 多进制数字相位调制(mpsk)系统

8.14.1 多进制数字相位调制(mpsk)

8.14.2 4psk信号

8.14.3mpsk调制电路vhdl程序及仿真

8.14.4 mpsk解制电路vhdl程序及仿真

8.15 数字基带信号的传输码型发生器设计

8.15.1 常见的几种基带码

8.15.2 基带码发生器方框图及电路符号

8.15.3 基带码发生器vhdl程序与仿真

8.16 采用测频法的数字频率计

8.16.1 设计要求

8.16.2 系统组成

8.16.3 程序设计与仿真

8.17采用等精度测频原理的频率计

8.17.1 设计要求

8.17.2 测频原理及误差分析

8.17.3 系统组成

8.17.4 程序与仿真

8.18 电子琴设计

8.18.1 设计要求

8.18.2 系统组成

8.18.3 模块设计

8.18.4 程序设计与仿真

8.19 自动升降电梯控制器设计

8.19.1 设计要求

8.19.2 系统组成

8.19.3 模块设计

8.19.4 程序设计与仿真

8.20 电子时钟设计

8.20.1 设计要求

8.20.2 系统组成

8.20.3 模块设计

8.20.4 程序设计与仿真

8.21 自动售货机控制系统设计

8.21.1 设计要求

8.21.2 系统组成

8.21.3 程序设计与仿真

8.22 出租车自动计价器设计

8.22.1 设计要求

8.22.2 系统组成

8.22.3 模块设计

8.22.4 程序设计与仿真

8.23 多功能波形发生器设计

8.23.1 设计要求

8.23.2 系统组成

8.23.3 模块设计

8.23.4 程序设计与仿真

8.24 步进电机定位控制系统设计

8.24.1 设计要求

8.24.2 系统组成

8.24.3 模块设计

8.24.4程序设计与仿真

本章小结

思考题与习题

附录a 相关网址

附录b ic和fpga专业术语的中英文对照

参考文献

上册

第1篇FPGA/CPLD典型应用设计实例

1.1FFT(快速傅里叶变换)的FPGA设计与实现

1.2数字式存储示波器

1.3汽车尾灯控制电路设计

1.4数字钟电路设计

1.5数字调制(FSK)信号发生器

1.6电子数字闹钟

1.7函数发生器设计

1.8伪随机序列发生器

1.9多功能点阵牌电路设计

1.10光通信PDH的标准伪随机图案发生器设计

1.11数字秒表

1.12电子密码锁

1.13数字电压表

1.14自动交通控制系统

1.15交通信号灯控制器

1.16交通控制灯逻辑电路系统设计

1.17十字路口交通管理信号灯系统设计

1.18交通灯控制程序设计

1.19交通灯电路设计

1.20无线通信中的全数字调制器设计

1.21无线通信中的全数字解调器设计

1.22采用VHDL语言设计的数字频率计

1.23数字显示频率计

1.24简易数字频率计设计

1.254位数字频率计

1.26采用VerilogHDL语言设计的频率计

1.27简易频率计电路设计

1.28简易频率计设计

1.29电子数字钟

1.30采用VerilogHDL语言设计的电子数字钟

1.31采用VHDL语言设计的电子数字钟

1.32电子时钟电路设计

1.33计时器

1.34波形发生器电路设计

1.35LED数码管动态显示设计

1.36流水灯电路设计

1.37直流步进电机控制电路设计

1.38ADC电压测量电路设计

1.39简易电子钟设计

1.40数字抢答器

1.41序列检测器

1.42UART通用异步串行口设计

1.43简易周期信号测试仪

1.44序列信号发生器

1.45通信、雷达和遥测用序列检测器的设计

1.46数字密码锁

1.47伪随机序列信号发生器设计

1.48FIFO存储器的VHDL描述

1.49采用VerilogHDL语言设计的UART通用异步收发器.

1.50倍频电路

1.51双向数据转换器

1.52键盘电路

1.53数码LED显示器

1.54多位加法器电路

1.556位数码管动态扫描及译码电路

1.56非2的幂次分频电路

1.57非整数分频电路

1.58常用电路的VHDL描述

1.59同步一百进制计数器的设计

1.60门电路设计

1.61时序电路设计

1.62组合逻辑电路设计

1.63频率合成技术--基于FPGA的直接数字合成器(DDS)设计

1.64串行通信MAX232接口电路设计

1.652的幂次分频电路

1.66环形计数器与扭环形计数器

1.678位可逆计数器和三角波发生器

1.68并/串转换器

1.694选1数据选择器

1.704位二进制数/8421BCD码

1.71移位寄存器设计

1.72三进制计数器设计

1.73移位型控制器的设计与实现

1.74存储器接口电路设计

1.754位加法器设计

1.76乘法器设计

1.77译码器设计

1.78可变模计数器设计

1.79整数增益放大器设计与测试

1.80滤波器的设计与测试

1.81比较器的设计与测试

1.82带阻有源滤波器设计

1.83线性反馈移位寄存器LFSR的FPGA设计与实现

1.84线性分析、循环码编码译码器的FPGA设计与实现

1.85数据传输与I/O接口标准

1.86异步收发器

1.87有限脉冲响应(FIR)数字滤波器的FPGA设计与实现

1.88逐次逼近型ADC

1.89乘法器的FPGA设计与实现

1.90总线仲裁电路的设计

1.91ALU(算术逻辑部件)设计

1.92脉冲分配器设计

1.93二进制码/格雷码的转换

1.94直接序列扩频通信系统设计

1.95并/串转换模块设计

1.96移位相加模块设计

1.97时延环节模块设计

1.98多波形发生器设计

1.99三位乘法器设计

1.100小信号测量系统

1.101单片电路设计

1.102简易数字锁

1.103交通灯控制器

1.104闪烁灯和流水灯设计与仿真

1.1053DES算法的FPGA实现及其在3DES-PCI安全卡中的应用

1.106边界扫描测试

1.107交通信号灯

1.108交通灯监视电路设计

1.109汉字显示

1.110汉字显示电路设计

1.111洗衣机控制电路设计

1.112篮球30s可控计时器设计

1.113悦耳的音响设计

1.114乐曲演奏电路设计

1.115多音阶电子琴电路设计

1.116《友谊地久天长》乐曲演奏电路设计

1.117软件无线电内插滤波器设计

1.118量程自动转换的数字式频率计

1.119游戏电路设计

1.120全自动电梯控制电路

1.1218位二进制乘法电路

1.122自动售邮票机

参考文献

下册

第2篇FPGA/CPLD产品设计、开发技巧与秘诀

2.1如何根据项目选择器件

2.2可编程器件的选择原则

2.3确定初步方案的方法与技巧

2.4基于可编程逻辑器件的数字系统的设计流程

2.5掌握常用FPGA/CPLD

2.6EDA技术的基本设计方法

2.7数字系统设计中的低功耗设计方法

2.8动态可编程重构技术

2.9多级逻辑的设计技巧

2.10VerilogHDL设计方法与技巧

2.11FPGA设计的稳定性探讨

2.12同步电路设计技巧

2.13图形设计法的实用技术

2.14状态机设计技巧

2.15存储器的VHDL实现方法与技巧

2.16存储器设计典型实例

2.17只读存储器

2.18比较器

2.19多路选择器

2.20三态总线

2.21m序列的产生和性质

2.22对具体某一信号的连续存储

2.23典型的时序逻辑电路分析与描述

2.24用VerilogHDL的时序逻辑电路设计

2.25时序逻辑电路的设计方法与技巧

2.26FPGA/CPLD的设计和优化

2.27CPLD典型器件ispPAC20的扩展应用技巧

2.28CPLD典型器件ispPAC的基本应用技巧

2.29VerilogHDL设计组合逻辑电路技巧

2.30VHDL设计组合逻辑电路技巧

2.31LED七段译码器的分析与设计

2.32电路的仿真技巧

2.33宏器件及其调用

2.34ispPAC的增益调整方法

2.35数字系统的描述方法

2.36FPGA系统设计与调试技巧

2.37典型的下载/配置方式

2.38Xilinx器件的下载

2.39ByteBlaster并口下载电缆

2.40单个FLEX系列器件的PS配置(下载电缆连接与下载操作)

2.41多个FLEX器件的PS配置(下载电路连接与下载操作)

2.42单个MAX器件的JTAG方式编程(POF文件连接与编程)

2.43单个FLEX器件的JTAG方式配置(SOF文件连接与编程)

2.44多个MAX/FLEX器件的JTAG方式编程/配置(连接与编程)

2.45主动串行与被动串行配置模式

2.46门禁系统设计技巧

2.47两种实际应用的计数器电路设计

2.48常用触发器及其应用设计技巧

2.49加法器设计

2.50ispPAC的接口电路设计

2.51编程接口和编程--ISP方式和JTAG方式

2.52利用VerilogHDL设计状态机的技巧

2.53系统级层次式设计

2.54边界扫描测试技术

2.55在系统下载电缆与评估板

2.56用CPLD和单片机设计电子系统

2.57怎样优化程序

2.58怎样才能避免潜在的危险

2.59毛刺的产生及其消除技巧

2.60计数器设计与FPGA资源

2.61组合逻辑电路的竞争冒险及其消除技巧

2.62选择器设计和FPGA资源

2.63基于FPGA/CPLD应用设计的23点经验总结

第3篇FPGA/CPLD常用工具及软件特性

3.1常用的FPGA开发工具

3.2常用EDA设计工具

3.3FPGA/CPLD数字逻辑实验平台

3.4软件资源

3.5典型常用的VerilogHDL语言(应用设计举例)

3.6VerilogHDL的一般结构

3.719种常用电路的VerilogHDL描述

3.8典型常用的VHDL语言(应用设计举例)

3.910种常用电路的VHDL描述.

第4篇FPGA/CPLD常用芯片结构及特点

4.1FPGA和CPLD的结构性能对照

4.2FPGA/CPLD的基本结构和原理

4.3Xilinx系列CPLD

4.4Altera系列CPLD

4.5现场可编程系统芯片FPSC

4.6无限可重构可编程门阵列ispXPGA

4.7ispXPLD器件

4.8在系统可编程通用数字开关ispGDS和互连器件ispGDX/V

4.9在系统可编程模拟器件的原理

4.10各种在系统可编程模拟器件的结构

4.11ispLSI系列器件的性能参数

4.12ispLSI系列器件的主要技术特性

4.13ispLSI系列器件的编程方法

4.14成熟器件与新型器件

4.15FPGA/CPLD器件的编程

附录l现场可编程逻辑器件主流产品一览

附录2各种器件的下载电路(在系统可编程ispJTAGTM芯片设计指导)

附录3Lattice系统宏(器件库)

附录4国内外常用二进制逻辑元件图形符号对照表

附录5世界著名的FPGA厂商及商标符号

附录6实验开发板电路原理图

附录7常用FPGA的端口资源

附录8两种CPLD实验仪器面板图及电路图

附录9CPLD主要器件引脚图

附录10缩略语词汇表

参考文献

……