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第1章 浅谈FPGA技术、优势、学习途径1

1.1 FPGA的诞生、发展1

1.1.1 FPGA的诞生1

1.1.2 FPGA的发展与未来4

1.1.3 博弈，在入门之前7

1.2 Altera FPGA介绍及发展、应用8

1.2.1 Altera公司介绍8

1.2.2 Altera产品介绍9

1.2.3 Altera FPGA的开发平台15

1.2.4 Altera FPGA的动态与应用17

1.2.5 Altera FPGA的应用20

1.2.6 对比ARM与DSP，认清FPGA23

1.3 善用网络资源，不断总结自我26

第2章 Quartus Ⅱ 13.0套件的下载及安装29

2.1 写在前面的话29

2.2 Quartus Ⅱ 13.0软件下载30

2.3 Quartus Ⅱ 13.0组件安装32

2.4 Quartus Ⅱ 13.0 Device安装36

2.5 USB Blaster下载器驱动程序的安装39

第3章 Verilog HDL设计与Testbench文件架构43

3.1 Verilog HDL设计43

3.1.1 Verilog HDL与VHDL的对比43

3.1.2 Verilog HDL的发展44

3.1.3 Verilog HDL代码设计风格45

3.2 Testbench文件架构50

3.2.1 Testbench的介绍50

3.2.2 Testbench代码设计风格51

3.3 Quartus Ⅱ工程目录文件夹的定制54

第4章 MAXⅡ CPLD/Cyclone Ⅱ/Ⅳ FPGA PCB Layout设计56

4.1 浅谈PCB Layout56

4.2 MAX Ⅱ CPLD核心电路设计57

4.2.1 MAX Ⅱ CPLD背景及简介57

4.2.2 EPM240T100C5N设计需求研究及分析59

4.2.3 EPM240T100C5N核心板原理图设计63

4.2.4 EPM240T100C5N核心板布局布线67

4.3 Cyclone Ⅱ FPGA核心电路设计68

4.3.1 Cyclone Ⅱ FPGA背景及简介68

4.3.2 Cyclone Ⅱ数据手册解读与EP2C8Q208C8N的设计研究69

4.3.3 EP2C8Q208C8N核心板原理图设计81

4.3.4 FPGA核心板Layout注意事项90

4.4 Cyclone Ⅳ FPGA核心电路设计93

4.4.1 Cyclone Ⅳ FPGA简介93

4.4.2 Cyclone Ⅳ FPGA数据手册分析与EP4CE6E22C8N的设计研究95

4.4.3 Cyclone Ⅳ FPGA核心电路设计101

4.5 FPGA/CPLD电路焊接、调试经验总结105

4.6 本书配套FPGA开发平台硬件介绍108

4.6.1 VIP Board 3.0硬件资源介绍109

4.6.2 VIP Board 3.0相关外设实物介绍110

第5章 4位计数器的设计与仿真验证115

5.1 写在前面的话115

5.2 FPGA/CPLD开发流程115

5.3 基于Quartus Ⅱ 13.0的4位计数器设计流程117

5.3.1 Quartus Ⅱ工程的创建117

5.3.2 4位计数器的逻辑电路设计120

5.3.3 Quartus Ⅱ编译流程与工程设置分析123

5.4 基于Modelsim-Altera 10.1 d的4位计数器仿真验证流程134

5.4.1 关于FPGA设计的各种仿真概念分析135

5.4.2 Modelsim版本的简要介绍136

5.4.3 Modelsim工程的创建136

5.4.4 Testbench激励文件的编写139

5.4.5 Modelsim波形的仿真与分析142

5.5 设计思路的验证与总结149

第6章 LED驱动电路设计151

6.1 LED驱动电路设计方案1——入门151

6.1.1 LED驱动电路设计方案151

6.1.2 8位LED的自加显示实验153

6.2 LED驱动电路设计方案2——升级164

6.2.1 LED电路设计方案164

6.2.2 74HC595驱动分析与实现166

6.3 8位LED跑马灯显示实验176

6.4 LED特效呼吸灯的设计183

6.4.1 PWM协议的基本介绍183

6.4.2 LED呼吸灯的设计184

第7章 独立按键与矩阵键盘的FPGA驱动电路实现195

7.1 按键及其工作模式介绍195

7.1.1 按键抖动原理分析196

7.1.2 硬件消抖动196

7.1.3 软件消抖动198

7.2 独立按键的FPGA驱动电路设计198

7.2.1 独立按键电路设计198

7.2.2 FSM状态机的Verilog HDL介绍199

7.2.3 FPGA按键驱动设计方案1202

7.2.4 FPGA按键驱动设计方案2216

7.3 矩阵键盘的FPGA驱动电路设计221

7.3.1 工作原理及电路设计221

7.3.2 FPGA矩阵键盘驱动设计223

第8章 “Hello World”的LCD1602显示驱动实现235

8.1 LCD1602介绍及硬件设计235

8.1.1 LCD1602字符液晶介绍235

8.1.2 LCD1602硬件电路设计236

8.1.3 LCD1602的时序及初始化分析239

8.2 LCD1602的FPGA驱动电路实现243

8.2.1 LCD1602的C语言实现方案244

8.2.2 LCD1602的Verilog HDL实现方案245

第9章 优化设计FPGA全局时钟管理模块258

9.1 异步复位，同步释放机制258

9.1.1 组合电路中的竞争－冒险259

9.1.2 时序电路中的竞争－冒险260

9.2 无PLL的全局时钟管理模块设计264

9.3 Quartus Ⅱ IP核介绍及PLL的定制273

9.3.1 Quartus Ⅱ IP核的介绍273

9.3.2 PLL IP核的定制与分析279

9.4 带PLL的全局时钟管理模块设计287

第10章 基于FPGA与MCU通信的SPI协议设计293

10.1 SPI总线协议介绍及硬件的设计293

10.1.1 SPI总线协议介绍293

10.1.2 STM8的硬件电路设计295

10.1.3 SPI总线协议时序分析297

10.2 SPI总线协议的通信实现298

10.2.1 STM8的SPI总线收发设计298

10.2.2 边沿检测电路的FPGA实现300

10.2.3 SPI通信的数据接收模块设计302

10.2.4 SPI通信的数据发送模块设计311

第11章 基于FPGA与PC通信的UART串口设计319

11.1 追根溯源透析串口通信319

11.1.1 串口通信简介319

11.1.2 串口波特率322

11.1.3 串口协议分析322

11.2 串口电路的设计323

11.2.1 TTL转RS-232电路的设计323

11.2.2 USB→UART转换电路设计324

11.2.3 UART电路的调试325

11.3 细说真正的任意分频326

11.3.1 分频电路的重要性326

11.3.2 任意频率发生器原理326

11.3.3 任意频率发生器的验证328

11.4 串口通信的硬件实现332

11.4.1 uart receiver接收模块的设计332

11.4.2 uart transfer发送模块的设计340

11.4.3 PC2FPGA UART联调测试344

第12章 基于FPGA的VGA驱动显示设计351

12.1 VGA接口、时序及驱动电路设计351

12.1.1 VGA接口介绍351

12.1.2 VGA时序分析353

12.1.3 RGB三原色模型356

12.1.4 VGA驱动电路设计359

12.2 VGA驱动的FPGA实现364

12.2.1 VGA驱动时序电路的设计364

12.2.2 任意分辨率的VGA显示控制器设计376

12.3 “Hello World”的VGA显示驱动实现379

12.3.1 “Hello World”字模的提取379

12.3.2 C2Mif软件的介绍与Mif文件的生成382

12.3.3 VGA字符显示的FPGA实现386

第13章 基于SDRAM的VGA显示控制器的设计与实现391

13.1 跨时钟域数据交互391

13.2 SDRAM的介绍及其控制器的移植与优化395

13.2.1 SDRAM的特性及时序驱动介绍395

13.2.2 SDRAM的硬件驱动电路设计399

13.2.3 SDRAM控制器的移植与优化401

13.2.4 Sdram_Control2Port的封装与协议制定418

13.3 基于SDRAM的VGA显示控制器的实现423

第14章 基于OV7725的摄像头视频图像采集系统435

14.1 系统框架设计思路分析436

14.1.1 系统框架分析436

14.1.2 算法的实现流程437

14.2 OV7725摄像头介绍与视频采集实现440

14.2.1 CMOS摄像头的简介440

14.2.2 OV7725的特性介绍及驱动电路设计442

14.2.3 OV7725 SCCB接口及寄存器介绍447

14.2.4 OV7725感光阵列与视频时序分析456

14.2.5 OV7725寄存器I2C初始化设计459

14.2.6 OV7725的视频采集模块设计474

14.3 OV7725视频图像显示的实现492

14.4 本章小结502

第15章 基于FPGA的系统设计504

15.1 FPGA芯片选型504

15.2 FPGA的与众不同——PCB布局在设计原理图之前511

15.3 存储器的选型512

15.4 FPGA外围器件的选择与设计513

15.4.1 电阻514

15.4.2 电容514

15.4.3 磁珠517

15.4.4 保险丝519

15.5 基于核心板的系统设计521

15.6 基于低功耗系统的电源选型522

15.7 高速系统的PCB设计要点527

15.7.1 结构布局527

15.7.2 电路板的多层设计527

15.7.3 过孔设计要点528

15.7.4 防止串扰的布线原则529

15.7.5 差分线布线原则529

15.7.6 开关电源PCB设计要点530

15.8 本章小结531

第16章 基于高速相机的嵌入式视觉处理系统设计532

16.1 视觉处理系统概述532

16.2 嵌入式视觉处理系统结构设计533

16.3 芯片选型535

16.4 基于Camera Link工业相机接口的硬件设计537

16.5 基于Camera Link接口的FPGA程序设计要点541

16.6 基于VGA接口的图像的实时缩小与算法结构542

16.7 FPGA与DSP的协同工作模式545

16.8 乒乓操作的进阶——零延时数据传输545

16.9 系统调试546

16.10 本章小结547