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第1章 FPGA电子系统的设计方法1

1.1 电子系统设计1

1.1.1 总体方案确定1

1.1.2 子系统设计2

1.2 印制电路板设计3

1.2.1 准备工作4

1.2.2 元器件布局与布线4

1.2.3 印制焊盘的尺寸及形状8

1.2.4 印制导线的尺寸及形状10

1.2.5 印制导线的抗干扰和屏蔽12

1.2.6 印制电路板的对外连接14

1.2.7 表面贴装技术对印制板的要求15

1.3 电子系统的安装与调试15

1.3.1 电子系统的安装15

1.3.2 元器件的引脚识别16

1.3.3 电子系统的调试17

1.4 电子系统抗干扰措施18

1.4.1 正确选择器件19

1.4.2 正确分布元器件19

1.4.3 交流输入电源增加电源滤波器19

1.4.4 施加屏蔽措施20

1.4.5 使用合理的接地方式21

1.4.6 电路加入滤波电容和补偿电容22

第2章 MAX+plusⅡ使用方法24

2.1 编程存储及编译24

2.2 指定器件及编译27

2.3 指定器件引脚及编译27

2.4 下载28

2.5 存储及编译图形描述（电路图）28

2.6 仿真31

第3章 FPGA的硬件描述语言VHDL34

3.1 VHDL程序的特点34

3.2 VHDL程序的基本结构35

3.2.1 库说明35

3.2.2 实体说明36

3.2.3 结构体说明37

3.3 VHDL的数据37

3.3.1 基本标志符38

3.3.2 数据对象38

3.3.3 数据类型39

3.4 VHDL的表达式41

3.4.1 逻辑运算符42

3.4.2 算术运算符42

3.4.3 关系运算符43

3.4.4 并置运算符43

3.4.5 操作符的运算优先级44

第4章 VHDL的顺序描述语句45

4.1 信号赋值语句和变量赋值语句45

4.2 if语句46

4.3 case语句48

4.4 for loop循环语句50

4.5 null语句51

第5章 VHDL的并行描述语句53

5.1 进程语句53

5.2 并发信号赋值语句56

5.3 条件信号赋值语句57

5.4 选择信号赋值语句59

5.5 元件例化语句60

5.6 生成语句64

第6章 VHDL的时钟信号描述方法68

6.1 时钟信号的VHDL描述方法68

6.1.1 时钟边沿的描述68

6.1.2 时序电路中进程敏感信号是时钟信号69

6.2 时序电路中复位信号的VHDL描述方法69

6.2.1 同步复位70

6.2.2 异步复位70

第7章 VHDL的有限状态机的设计72

7.1 有限状态机的基本概念72

7.2 一个Moore型有限状态机的设计方法73

第8章 FPGA数字电路设计实例79

8.1 门电路FPGA设计79

8.1.1 与非门电路79

8.1.2 二输入或非门电路82

8.1.3 二输入异或门电路83

8.1.4 反向器门电路85

8.1.5 三态门电路86

8.1.6 单向总线缓冲器86

8.1.7 双向总线缓冲器87

8.2 组合逻辑电路FPGA设计87

8.2.1 监视交通信号灯工作状态的逻辑电路87

8.2.2 8线—3线编码器88

8.2.3 8线—3线优先编码器89

8.2.4 二—十进制编码器91

8.2.5 译码器（3线—8线）92

8.2.6 二—十进制译码器94

8.2.7 BCD七段显示译码器95

8.2.8 代码转换电路96

8.2.9 四选—数据选择器98

8.2.10 八选—数据选择器99

8.2.11 四位全加器99

8.2.12 八位加法器101

8.2.13 多位数值比较器103

8.3 触发器FPGA设计103

8.3.1 RS触发器104

8.3.2 主从JK触发器104

8.3.3 D触发器106

8.4 时序逻辑电路FPGA设计107

8.4.1 寄存器107

8.4.2 双向移位寄存器108

8.4.3 串行输入并行输出移位寄存器109

8.4.4 循环移位寄存器110

8.4.5 四位同步二进制计数器111

8.4.6 单时钟同步十六进制加／减计数器112

8.4.7 双时钟同步十六进制加／减计数器113

8.4.8 同步十进制加法计数器116

8.4.9 单时钟同步十进制可逆计数器118

8.4.10 异步二进制加法计数器119

8.4.11 同步一百进制计数器121

8.4.12 同步二十九进制计数器122

8.4.13 顺序脉冲发生器124

8.4.14 序列信号发生器125

8.4.15 用状态机方法设计十三进制计数器126

8.4.16 串行数据检测器127

8.4.17 能自启动的七进制计数器129

8.4.18 能自启动的三位环形计数器130

8.4.19 用状态机方法设计十进制减法计数器131

第9章 FPGA外围电路集成运算放大器133

9.1 集成运算放大器典型电路133

9.1.1 反相比例运算电路133

9.1.2 同相比例运算电路134

9.1.3 反相求和运算电路134

9.1.4 同相求和运算电路134

9.1.5 加减运算电路135

9.1.6 积分运算电路135

9.1.7 微分运算电路136

9.1.8 压控电压源二阶低通滤波器136

9.1.9 压控电压源二阶高通滤波器136

9.1.10 RC桥式正弦振荡电路137

9.1.11 方波发生电路137

9.1.12 方波和三角波发生电路138

9.1.13 过零比较器138

9.1.14 一般单限比较器139

9.1.15 滞回比较器139

9.1.16 窗口比较器141

9.1.17 精密整流电路141

9.2 单电源供电的集成运算放大器的应用142

9.2.1 单电源集成运放的放大电路142

9.2.2 单电源集成运放的正弦波发生器143

9.2.3 单电源集成运放的方波三角波发生器144

9.2.4 单电源集成运放的低通滤波器144

9.2.5 单电源集成运放的高通滤波器144

9.2.6 单电源集成运放的比较器145

9.2.7 单电源比较器145

9.2.8 单电源比较器组成的窗口比较器146

9.2.9 高效率音频功率放大器146

9.2.10 单电源集成运放综合设计150

9.3 集成运算放大器的综合应用151

9.3.1 小信号功率放大器151

9.3.2 具有放大、滤波及继电器控制的模拟信号检测与控制系统153

9.3.3 具有放大、F/V转换及继电器控制的模拟信号频率检测与控制系统156

9.3.4 间歇正弦波控制路158

9.3.5 语音信号放大器160

9.3.6 程控放大器0～40dB160

9.3.7 宽带放大器162

9.3.8 正弦交流电压有效值控制的压控振荡电路163

9.3.9 电压转换恒定电流电路164

9.3.10 实用温控器165

9.3.11 用热释电传感器的报警电路166

9.3.12 基于PWM的LED调光电路166

9.3.13 具有放大、滤波器、计数功能的电子电路168

第10章 FPGA数字电路系统设计实例171

10.1 数字信号的发送和接收电路171

10.2 序列计数器173

10.3 设计一个自动售邮票的控制电路176

10.4 数字锁178

10.5 设计一个汽车尾灯的控制电路181

10.6 交通灯控制器184

10.7 双十字路口交通灯控制器191

10.8 16×16的点阵显示设计194

10.9 乒乓球游戏机198

10.10 三层电梯控制器203

10.11 汽车停车场停车位显示系统208

10.12 智力竞赛抢答计时器的设计210

10.13 出租车计费器216

10.14 定时器221

10.15 秒表224

10.16 数字钟230

10.17 数字频率计237

10.18 电子琴电路设计243

10.19 《友谊地久天长》乐曲演奏电路设计245

10.20 寄存序列型信号发生器252

10.21 正负脉宽数控调制信号发生器设计255

10.22 智能函数发生器设计256

10.23 周期可调的多波形发生器263

10.24 模拟信号检测269

10.25 数据采集及监控系统275

第11章 FPGA电子系统设计项目280

11.1 项目1 FPGA控制的数码显示电路280

11.1.1 设计要求280

11.1.2 设计分析280

11.1.3 显示原理280

11.1.4 驱动八位数码管显示电路框图281

11.1.5 模块及模块功能282

11.2 项目2 键盘控制电路286

11.2.1 设计要求286

11.2.2 设计分析286

11.2.3 设计思想与源程序287

11.3 项目 3 用8×8行共阴、列共阳双色点阵发光器件显示汉字293

11.3.1 设计要求293

11.3.2 设计分析293

11.3.3 器件及硬件电路293

11.3.4 设计软件的思路及源程序296

11.4 项目4 FPGA控制的数模D/A转换电路309

11.4.1 设计要求309

11.4.2 设计分析309

11.4.3 DAC0832转换器309

11.4.4 数模DA转换电路310

11.4.5 FPGA控制的数模D/A转换电路311

11.5 项目5 FPGA控制的模数A/D转换0809的应用312

11.5.1 设计要求312

11.5.2 设计分析313

11.5.3 ADC0809转换器及其转换电路313

11.5.4 FPGA控制的模数A/D转换电路316

11.5.5 用数码管显示模数A/D转换器的输入电压319

11.5.6 ADC0809转换模拟输入负电压电路324

11.6 项目 6 数控式可逆步进调压直流稳压电源325

11.6.1 设计要求325

11.6.2 原理及硬件电路325

11.6.3 软件设计思想及源程序326

11.7 项目7 数控式直流电流源330

11.7.1 设计指标及框图330

11.7.2 硬件电路图330

11.7.3 软件设计思想及源程序332

11.8 项目8 低频数字式相位测量仪336

11.8.1 低频数字式相位测量仪设计指标及框图336

11.8.2 移相网络336

11.8.3 相位测量338

11.9 项目9 多路数据采集系统348

11.9.1 设计内容348

11.9.2 现场模拟信号产生器349

11.9.3 八路数据采集器351

11.9.4 主控器355

11.10 项目10 测量放大器370

11.10.1 测量放大器系统370

11.10.2 桥式电路371

11.10.3 信号变换放大器371

11.10.4 直流电压放大器371

11.10.5 程控的直流电压放大器373

11.11 项目 11 功率放大器385

11.11.1 设计任务385

11.11.2 功率放大器385

11.11.3 前置放大器386

11.11.4 系统测试387

11.11.5 自制稳压电源387

11.11.6 集成功率放大器388

11.12 项目12 开关型稳压电源393

11.12.1 脉冲宽度调制电路MIC2194394

11.12.2 MC34060控制的串联型开关稳压电源395

11.13 项目13 程控滤波器396

11.13.1 设计要求396

11.13.2 设计框图397

11.13.3 程控放大器397

11.13.4 程控低通滤波器400

11.13.5 程控高通滤波器403

11.13.6 程控滤波器的FPGA控制核心404

11.14 项目14 信号发生器426

11.14.1 设计要求426

11.14.2 信号发生器的功能及其内部接线426

11.14.3 信号发生器的FPGA内部结构428

11.14.4 调用MAX+plusⅡ10.2中的除法元件方法449

11.15 项目15 交流电压参数的测量451

11.15.1 设计要求451

11.15.2 给定的器件452

11.15.3 硬件电路454

11.15.4 软件电路456

11.16 项目16 宽带放大器472

11.16.1 设计要求472

11.16.2 硬件电路473

11.16.3 软件电路476

11 17 项目17 高效率音频功率放大器493

11.17.1 设计要求493

11.17.2 D类放大器的工作原理493

11.17.3 硬件电路494

11.17.4 软件电路497

11.18 项目18 数字化语音存储与回放系统508

11.18.1 设计要求508

11.18.2 硬件电路508

11.18.3 软件电路511

11.19 项目 19 数字式工频有效值多用表517

11.19.1 硬件电路518

11.19.2 软件电路518

11.20 项目20 简易电阻、电容和电感测量仪538

11.20.1 设计要求538

11.20.2 硬件电路538

11.20.3 软件电路540

11.21 项目21 数字幅频均衡功率放大器553

11.21.1 设计要求553

11.21.2 设计框图554

11.21.3 三级放大电路554

11.21.4 带阻网络555

11.21.5 低通滤波电路555

11.21.6 A/D转换555

11.21.7 D/A转换和功率放大器555

11.21.8 FPGA程序555

附录：部分图片索引563

参考文献564