医用FPGA开发——基于Xilinx和VHDL

图书标准信息

• 作者 但果
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2021-12
• 版次 1
• ISBN 9787121380266
• 定价 65.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 页数 296页
• 字数 485千字

【内容简介】

本书以FPGA高级开发系统为平台，共安排17个实验，其中前12个实验为FPGA基础实验，后5个实验为医疗电子专业实验。所有实验均详细介绍了实验内容、实验原理，并且都有详细的步骤和源代码，以确保读者能够顺利完成。每章的后都安排了一个任务，作为本章实验的延伸和拓展。本书中的程序均按照《VHDL语言程序设计规范》（LY-STD009—2019）编写。所有实验均基于模块化设计，以便于将模块应用在不同的项目和产品中。本书配有丰富的资料包，包括FPGA高级开发系统原理图、例程、软件包、硬件包，以及配套的PPT、视频等。这些资料会持续更新，下载链接可通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。本书既可以作为高等院校相关课程的教材，也可以作为FPGA系统设计及相关行业工程技术人员的参考书。

【作者简介】

但果，博士，教授，博士生导师，医学部生物医学工程学院鹏城学者长期特聘教授，广东省医疗电子仪器转化工程技术研究中心主任，深圳市地方领军人才。2003年毕业于大连理工大学，获得博士学位。2003年底以博士后身份加入深圳安科高技术股份有限公司CT部。2007年被深圳大学聘为信息工程学院电子工程系副教授。2009年，任医学部医学院生物医学工程系副教授，2015年晋升为医学部生物医学工程学院教授。医学院生物医学工程系副主任（2009-2012），医学院生物医学工程系主任（2013-2015），医学部生物医学工程学院副院长（2015-2018）。深圳市生物医学工程学会秘书长（2015-）中国生物医学工程学会生物信息与控制分会副理事长（2010-2015）、中国康复技术转化及发展促进会智能康复技术专业委员会委员（2016-）。?主持完成多项有关医疗器械与康复工程的科研项目：国家自然科学基金2项、广东省科技研发项目1项、深圳市科技攻关项目1项、深圳市基础研究布局项目2项、深圳市基础研究项目3项；横向课题20余项。以作者和通讯作者发表论文30余篇发表SCI、EI论文30余篇，申请相关专利20余项。冯博华，广东药科大学医药信息工程学院生物医学工程系副系主任，广东省医药3D打印机及个性化医疗工程技术研究中心主要负责人。2009年毕业于暨南大学，获得博士学位。2009年进入广东药科大学生物医学工程专业工作至今。现任生物医学工程系副主任、广东省生物医学工程学会青年学术分会副主任委员、广东省残疾人康复协会康复工程专业委员会常务委员。以作者发表论文20余篇，发表SCI、EI论文10余篇，专利授权6项，主持或核心成员参加科研、教研课题10余项，指导学生获得电子设计竞赛、全国生物医学工程创新大赛等多项奖励，指导专创融合社团。全面负责广东省医药3D打印机及个性化医疗工程技术研究中心、广东省一流专业建设点、校级思政示范专业等项目和平台工作。

【目录】

第1章  FPGA和开发环境1

1.1  FPGA基础概念1

1.1.1  什么是FPGA1

1.1.2  FPGA的基本结构2

1.1.3  FPGA与ASIC之间的关系3

1.1.4  FPGA、CPU与DSP之间的关系3

1.1.5  VHDL与Verilog HDL4

1.1.6  Xilinx与Altera5

1.2  FPGA开发流程6

1.3  XC6SLX16芯片介绍7

1.3.1  Spartan-6系列介绍7

1.3.2  XC6SLX16-2CSG324C芯片介绍7

1.3.3  FPGA速度等级8

1.3.4  FPGA可用I/O数量8

1.3.5  FPGA逻辑单元8

1.3.6  Spartan-6 FPGA配置8

1.4  FPGA开发工具安装和配置9

1.4.1  ISE9

1.4.2  安装ISE 14.79

1.4.3  Synplify14

1.4.4  安装Synplify14

1.4.5  安装Xilinx USB Cable驱动程序17

1.5  VHDL语法基础19

1.5.1  库声明19

1.5.2  实体19

1.5.3  结构体19

1.5.4  数据类型20

1.5.5  常量定义20

1.5.6  变量定义21

1.5.7  信号21

1.5.8  元件21

1.5.9  直接赋值语句22

1.5.10  process语句22

1.5.11  when...else语句23

1.5.12  if...else语句23

1.5.13  case语句24

1.5.14  运算符24

1.6  FPGA高级开发系统简介26

1.7  FPGA高级开发系统可以开展的部

     分实验28

1.8  本书配套的资料包28

本章任务28

本章习题29

第2章  分频器实验30

2.1  实验内容30

2.2  实验原理30

2.2.1  分频器LED电路原理图30

2.2.2  时钟分频原理30

2.2.3  分频器模块内部电路图31

2.3  实验步骤32

本章任务54

本章习题54

第3章  流水灯实验56

3.1  实验内容56

3.2  实验原理56

3.2.1  流水灯实验LED电路原理图56

3.2.2  流水灯工作原理56

3.2.3  流水灯模块内部电路图57

3.3  实验步骤58

本章任务62

本章习题63

第4章  独立按键去抖实验64

4.1  实验内容64

4.2  实验原理64

4.2.1  独立按键电路原理图64

4.2.2  按键去抖原理64

4.2.3  状态机工作原理65

4.2.4  独立按键去抖处理状态机66

4.2.5  独立按键去抖实验内部电路图67

4.3  实验步骤68

本章任务74

本章习题74

第5章  七段数码管显示实验75

5.1  实验内容75

5.2  实验原理75

5.2.1  七段数码管75

5.2.2  七段数码管显示模块电路原

      理图77

5.2.3  七段数码管显示原理77

5.2.4  七段数码管显示实验内部电

      路图79

5.3  实验步骤80

本章任务85

本章习题85

第6章  矩阵键盘扫描实验86

6.1  实验内容86

6.2  实验原理86

6.2.1  矩阵键盘扫描原理87

6.2.2  双寄存器边沿检测电路89

6.2.3  矩阵键盘扫描实验内部电路图90

6.3  实验步骤94

本章任务102

本章习题102

第7章  OLED显示实验103

7.1  实验内容103

7.2  实验原理103

7.2.1  OLED显示模块103

7.2.2  SSD1306的显存104

7.2.3  SSD1306常用命令106

7.2.4  字模选项106

7.2.5  ASCII码表与取模工具107

7.2.6  OLED显示模块显示流程108

7.3  实验步骤108

本章任务116

本章习题116

第8章  串口通信实验117

8.1  实验内容117

8.2  实验原理117

8.2.1  UART电路原理图117

8.2.2  UART通信协议118

8.2.3  串口通信实验状态机120

8.2.4  串口通信实验内部电路图122

8.3  实验步骤124

本章任务140

本章习题140

第9章  读写外部EEPROM实验141

9.1  实验内容141

9.2  实验原理141

9.2.1  EEPROM电路原理图141

9.2.2  I2C协议141

9.2.3  I2C器件地址143

9.2.4  AT24C02芯片144

9.2.5  AT24C02芯片及其读写

      时序145

9.2.6  读写外部EEPROM实验状

      态机146

9.2.7  读写外部EEPROM实验内部

      电路图148

9.3  实验步骤150

本章任务160

本章习题160

第10章  读写外部Flash实验161

10.1  实验内容161

10.2  实验原理161

10.2.1  SPI Flash电路原理图161

10.2.2  SPI协议162

10.2.3  W25Q128芯片162

10.2.4  SPI通信模式163

10.2.5  读写外部Flash实验状态机165

10.2.6  读写外部Flash实验内部电

       路图167

10.3  实验步骤169

本章任务177

本章习题178

第11章  SHT20温/湿度测量实验179

11.1  实验内容179

11.2  实验原理179

11.2.1  SHT20温/湿度电路原理图179

11.2.2  SHT20 传感器179

11.2.3  SHT20传感器通信180

11.2.4  SHT20信号转换182

11.2.5  SHT20温/湿度测量实验内部

       电路图183

11.3  实验步骤183

本章任务193

本章习题193

第12章  DAC实验194

12.1  实验内容194

12.2  实验原理194

12.2.1  AD/DA转换电路原理图194

12.2.2  AD9708芯片194

12.2.3  PCT通信协议198

12.2.4  DAC实验内部电路图203

12.3  实验步骤206

本章任务215

本章习题215

第13章  ADC实验216

13.1  实验内容216

13.2  实验原理216

13.2.1  AD/DA转换电路原理图216

13.2.2  AD9280芯片218

13.2.3  ADC实验内部电路图220

13.3  实验步骤222

本章任务227

本章习题227

第14章  体温测量与显示实验228

14.1  实验内容228

14.2  实验原理228

14.2.1  体温数据包的PCT通信协议228

14.2.2  体温测量与显示实验内部电

       路图229

14.3  实验步骤232

本章任务235

本章习题236

第15章  呼吸监测与显示实验237

15.1  实验内容237

15.2  实验原理237

15.2.1  呼吸数据包的PCT通信协议237

15.2.2  呼吸监测与显示实验内部电

       路图238

15.3  实验步骤238

本章任务242

本章习题242

第16章  心电监测与显示实验243

16.1  实验内容243

16.2  实验原理244

16.2.1  心电数据包的PCT通信协议244

16.2.2  心电监测与显示实验内部电

       路图244

16.3  实验步骤245

本章任务251

本章习题251

第17章  血氧监测与显示实验252

17.1  实验内容252

17.2  实验原理253

17.2.1  血氧数据包的PCT通信协议253

17.2.2  血氧监测与显示实验内部

       电路图253

17.3  实验步骤253

本章任务259

本章习题259

第18章  血压测量与显示实验260

18.1  实验内容260

18.2  实验原理261

18.2.1  血压数据包的PCT通信协议261

18.2.2  血压测量与显示实验内部电

       路图261

18.3  实验步骤264

本章任务271

本章习题272

附录A  FPGA开发常用模块引脚约束273

附录B  人体生理参数监测系统使用说明276

附录C 《VHDL语言程序设计规范》

       （LY-STD009—2019）简介279

C.1  排版279

C.2  注释280

C.3  命名280

C.4  编码规范281

C.5  VHDL文件模板282

C.6  UCF文件模板285

附录D  ASCII码表286

参考文献287