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第1章 基于FPGA的数字频率计设计1

1.1 频率计的基本原理1

1.2 数字频率计的主要技术指标2

1.3 频率计设计方案概述2

1.3.1 频率的测量方法2

1.3.2 直接测频法的原理2

1.4 基于FPGA的自动换量程频率计设计3

1.4.1 自动换量程原理3

1.4.2 模块设计4

1.5 自动换量程频率计的FPGA仿真10

1.5.1 各模块的仿真10

1.5.2 总体仿真14

1.6 思考题17

第2章 频率合成技术及DDS设计18

2.1 概述18

2.1.1 频率合成技术分类18

2.1.2 DDS技术特点20

2.2 DDS工作原理21

2.3 频率合成技术指标22

2.4 DDS输出杂散噪声分析22

2.4.1 相位截断引入的杂散23

2.4.2 幅度量化引入的杂散24

2.4.3 D-A转换引入的杂散及时钟噪声25

2.5 DDS抑制杂散噪声分析26

2.5.1 抖动注入技术26

2.5.2 ROM数据压缩技术26

2.5.3 PLL+DDS技术27

2.6 基于FPGA的DDS设计28

2.6.1 DDS系统结构框图28

2.6.2 模块设计与仿真28

2.7 本章小结37

2.8 思考题37

第3章 基于FPGA的信号发生器设计38

3.1 概述38

3.1.1 信号发生器的发展概况38

3.1.2 信号发生器的种类39

3.1.3 DDS工作原理39

3.2 基于FPGA的信号发生器40

3.2.1 总体结构设计40

3.2.2 几种实现方式41

3.2.3 实现中的几个关键问题41

3.3 设计的实现与仿真41

3.3.1 累加器模块41

3.3.2 波形控制和数据存储模块42

3.3.3 综合与ChipScope测试42

3.4 本章小结46

3.5 思考题47

第4章 基于FPGA的CORDIC数字计算机设计48

4.1 CORDIC理论算法48

4.1.1 计算正弦值和余弦值50

4.1.2 极坐标到笛卡儿坐标的变换51

4.1.3 笛卡儿坐标到极坐标的变换51

4.1.4 反正弦和反余弦函数51

4.1.5 线性函数52

4.1.6 双曲线函数53

4.2 CORDIC算法的FPGA实现54

4.2.1 基于状态机的迭代算法54

4.2.2 基于流水线结构的算法54

4.2.3 总体方案设计56

4.2.4 仿真结果与分析57

4.3 8位RISC-CPU59

4.3.1 计算机体系结构59

4.3.2 CPU的概念60

4.3.3 RISC-CPU基本架构60

4.3.4 RISC-CPU的功能及模块划分61

4.3.5 RISC-CPU指令集简介62

4.3.6 RISC-CPU的状态时序和控制信号63

4.3.7 8位RISC-CPU的设计实现流程64

4.4 8位RISC-CPU各模块的设计与仿真65

4.4.1 时钟发生器65

4.4.2 指令寄存器66

4.4.3 累加器66

4.4.4 算术逻辑运算单元67

4.4.5 数据控制器68

4.4.6 地址多路器69

4.4.7 程序计数器70

4.4.8 状态控制器71

4.5 8位RISC-CPU顶层CPU模块的设计与仿真73

4.5.1 设计思路73

4.5.2 实现和仿真75

4.5.3 CPU外围模块及测试76

4.6 本章小结80

4.7 思考题80

第5章 实际应用系统设计81

5.1 电子琴81

5.1.1 电子琴的基本原理81

5.1.2 电子琴的Verilog设计83

5.1.3 电子琴的FPAG仿真84

5.1.4 板调90

5.2 数字密码锁93

5.2.1 设计方案93

5.2.2 数字密码锁的硬件设计93

5.2.3 数字密码锁的软件设计96

5.2.4 数字密码锁的仿真与实现101

5.3 自动售货机104

5.3.1 自动售货机系统的基本结构104

5.3.2 自动售货机系统的工作流程105

5.3.3 主控系统的设计方案106

5.3.4 自动售货机系统FPGA的设计实现107

5.4 乐曲演奏电路110

5.4.1 乐曲演奏电路设计原理110

5.4.2 乐曲演奏电路的FPGA实现112

5.5 数字电压表118

5.5.1 数字电压表的设计原理118

5.5.2 数字电压表各模块的仿真与实现119

5.5.3 系统调试123

5.6 篮球30s可控计时器设计125

5.6.1 篮球30s可控计时器的设计原理125

5.6.2 篮球30s可控计时器的FPGA实现126

5.7 自动电梯控制电路132

5.7.1 自动电梯的电路原理132

5.7.2 自动控制电路的FPGA实现133

5.8 思考题137

参考文献139