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模块一 EDA技术基础知识3

任务1 了解EDA技术3

1.1 什么是EDA技术3

1.1.1 案例引入3

1.1.2 分析说明5

1.1.3 EDA技术的重要性6

1.2 EDA技术的知识体系6

1.2.1 可编程逻辑器件7

1.2.2 硬件描述语言HDL7

1.2.3 EDA工具软件8

1.3 EDA技术的特点和发展趋势9

1.3.1 EDA技术的主要特点9

1.3.2 EDA技术的发展趋势11

1.4 小结13

1.5 思考题13

任务2 了解EDA技术的设计载体——可编程逻辑器件14

2.1 可编程逻辑器件概述14

2.1.1 可编程逻辑器件的发展历程14

2.1.2 可编程逻辑器件的分类15

2.1.3 基本结构和编程原理16

2.1.4 PLD逻辑符号的画法和约定17

2.2 简单PLD18

2.2.1 PAL18

2.2.2 GAL20

2.3 CPLD和FPGA25

2.3.1 CPLD的基本结构26

2.3.2 FPGA的基本结构26

2.3.3 Altera公司器件介绍28

2.3.4 FPGA和CPLD的选用30

2.4 ispGDS介绍33

2.4.1 ispGDS的原理与结构33

2.4.2 ispGDS的使用34

2.5 CPLD和FPGA的编程与配置方法35

2.5.1 CPLD的ISP方式编程36

2.5.2 使用PC并行口配置FPGA37

2.5.3 用专用配置器件配置FPGA38

2.5.4 使用单片机配置FPGA39

2.6 小结40

2.7 思考题41

任务3 初探EDA技术43

3.1 知识准备1——EDA设计流程43

3.1.1 设计输入43

3.1.2 设计实现45

3.1.3 设计仿真46

3.1.4 编程或配置46

3.2 知识准备2——QuartusⅡ的图形界面47

3.2.1 工程导航区47

3.2.2 状态区48

3.2.3 信息区48

3.2.4 工作区49

3.2.5 快捷工具条49

3.3 实例引导——一位全加器的原理图输入设计50

3.3.1 任务引入与分析51

3.3.2 创建工程设计项目51

3.3.3 编辑设计原理图53

3.3.4 设计编译与仿真55

3.3.5 引脚锁定与编程下载59

3.4 小结61

3.5 思考题63

3.6 引导训练——用层次化方法设计1位全加器64

3.7 技能实训——用原理图输入法设计4位全加器66

模块二 VHDL硬件描述语言71

任务4 了解VHDL程序结构及语言要素71

4.1 VHDL程序结构71

4.1.1 VHDL程序结构及实例说明71

4.1.2 实体（ENTITY）部分说明73

4.1.3 结构体（ARCHITECTURE）部分说明75

4.1.4 库（LIBRARY）部分说明80

4.1.5 程序包（PACKAGE）部分说明83

4.1.6 配置（CONFIGURATION）部分说明86

4.2 VHDL语言要素88

4.2.1 文字规则88

4.2.2 数据对象91

4.2.3 数据类型95

4.2.4 类型转换98

4.2.5 操作符100

4.3 小结103

4.4 思考题104

任务5 学习掌握VHDL语句106

5.1 VHDL顺序语句106

5.1.1 IF语句106

5.1.2 CASE语句110

5.1.3 LOOP语句112

5.1.4 NEXT语句115

5.1.5 EXIT语句116

5.1.6 WAIT等待语句117

5.1.7 RETURN返回语句118

5.1.8 NULL空操作语句119

5.2 VHDL并行语句119

5.2.1 PROCESS进程语句120

5.2.2 并行信号赋值语句121

5.2.3 BLOCK块语句124

5.2.4 元件例化语句126

5.2.5 GENERATE生成语句128

5.3 其他语句129

5.3.1 子程序及子程序调用语句129

5.3.2 ASSERT断言语句134

5.3.3 REPORT报告语句135

5.3.4 属性语句135

5.4 小结139

5.5 思考题139

模块三 QuartusⅡ软件的应用145

任务6 掌握QuartusⅡ的多种应用145

6.1 文本编辑输入法设计向导——计数器设计145

6.1.1 编辑设计文件146

6.1.2 创建工程146

6.1.3 编译149

6.1.4 时序仿真151

6.1.5 引脚锁定与下载155

6.2 应用宏功能的原理图设计160

6.2.1 计数器设计161

6.2.2 频率计主体电路设计163

6.2.3 时序控制电路的设计163

6.2.4 顶层电路设计164

6.2.5 引脚锁定和下载166

6.3 层次电路设计166

6.3.1 顶层文件设计166

6.3.2 创建各模块的下层设计文件169

6.3.3 设计项目的编译仿真172

6.3.4 层次显示172

6.4 技能实训172

6.4.1 计数译码器的文本输入层次化设计172

6.4.2 2位十进制计数译码器的宏函数调用设计175

6.4.3 2位十进制频率计的宏函数调用与层次设计综合实训176

模块四 常用电路的VHDL设计实例181

任务7 学习常用电路的VHDL描述方法181

7.1 组合逻辑电路设计181

7.1.1 任务引入与分析181

7.1.2 任务实施181

7.1.3 拓展与训练185

7.2 时序电路逻辑设计186

7.2.1 任务引入与分析186

7.2.2 任务实施187

7.2.3 拓展与训练191

7.3 状态机设计194

7.3.1 任务引入与分析194

7.3.2 任务实施194

7.3.3 拓展与训练197

7.4 存储器设计200

7.4.1 任务引入与分析200

7.4.2 任务实施201

7.4.3 拓展与训练202

7.5 特色实用电路设计203

7.5.1 任务引入与分析203

7.5.2 任务实施204

7.5.3 拓展与训练205

7.6 小结206

7.7 思考题207

7.8 技能实训207

7.8.1 计数器的设计207

7.8.2 简易彩灯控制器设计209

模块五 EDA设计综合训练215

任务8 EDA技能综合提高215

8.1 数字钟的设计215

8.1.1 任务引入与分析——数字钟的设计要求215

8.1.2 任务实施方案215

8.1.3 数字钟各模块的VHDL源程序设计217

8.2 智力竞赛抢答器223

8.2.1 任务引入与分析——抢答器的设计要求223

8.2.2 任务实施方案224

8.2.3 抢答器的VHDL源程序设计225

8.3 交通灯的控制器设计227

8.3.1 任务引入与分析——交通灯控制器的设计要求227

8.3.2 任务实施方案228

8.3.3 交通灯控制器的VHDL源程序设计229

8.3.4 调试仿真与验证230

8.4 8路彩灯控制器设计231

8.4.1 任务引入与分析——8路彩灯控制器的设计要求231

8.4.2 任务实施方案231

8.4.3 各模块的VHDL源程序设计232

8.4.4 仿真与调试234

8.5 简易数字频率计设计235

8.5.1 任务引入与分析——频率计的设计要求235

8.5.2 任务实施方案235

8.5.3 各模块的VHDL源程序设计236

8.6 “梁祝”乐曲演奏电路设计239

8.6.1 任务引入与分析239

8.6.2 任务实施方案239

8.6.3 各模块的VHDL源程序设计240

8.6.4 调试与实现247

8.7 综合训练题247

附录 GW48系列EDA实验开发系统使用说明249

参考文献269