EDA技术与VHDL(第5版)（高等院校电子信息科学与工程规划教材）

图书标准信息

• 作者 潘松、黄继业 著
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2018-01
• 版次 5
• ISBN 9787302489443
• 定价 49.80元
• 装帧 平装
• 开本 16
• 纸张 胶版纸
• 页数 361页
• 字数 583千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

本书系统地介绍了EDA 技术和VHDL 硬件描述语言，将VHDL 的基础知识、编程技巧和实用方法与实际工程开发技术在Quartus II 13.1 上很好地结合起来，使读者通过本书的学习能迅速了解并掌握EDA技术的基本理论和工程开发实用技术，为后续的深入学习和发展打下坚实的理论与实践基础。 

　　作者依据高校课堂教学和实验操作的规律与要求，并以提高学生的实际工程设计能力和自主创新能力为目的，合理编排全书内容。全书共分为8 个部分：EDA 技术的概述、VHDL 语法知识及其实用技术、Quartus II 及LPM 宏模块的详细使用方法、有限状态机设计技术、16 位实用CPU 设计技术及创新实践项目、基于ModelSim 的Test Bench 仿真技术、以及基于MATLAB 和DSP Builder 平台的EDA 设计技术及大量实用系统设计示例。除个别章节外，其他章节都安排了相应的习题和大量针对性强的实验与设计项目。书中列举的VHDL 示例都已经编译通过或经硬件测试通过。 

　　本书主要用于高等院校本、专科的EDA 技术和VHDL 语言基础课，推荐作为电子工程、通信、工业自动化、计算机应用技术、电子对抗、仪器仪表、数字信号或图像处理等学科专业和相关实验指导课的教材用书或主要参考书，同时也可作为电子设计竞赛、FPGA 开发应用的自学参考书。 

　　与此教材配套的还有 CAI 教学课件、实验指导课件、实验源程序，以及与实验设计项目相关的详细技术资料等，读者都可免费索取。 

【目录】

第 1 章 EDA 技术概述  1 

11 EDA 技术  1 

12 EDA 技术应用对象  2 

13 常用的硬件描述语言  4 

14 EDA 技术的优势  5 

15 面向FPGA 和CPLD 的开发流程  6 

151 设计输入  7 

152 综合  7 

153 适配（布线布局）  9 

154 仿真  9 

155 RTL 描述  10 

16 可编程逻辑器件  10 

161 PLD 的分类  11 

162 PROM 可编程原理  12 

163 GAL  14 

17 CPLD 的结构与可编程原理  15 

18 FPGA 的结构与工作原理  18 

181 查找表逻辑结构  18 

182 Cyclone 4E 系列器件的结构原理  18 

183 内嵌Flash 的FPGA 器件  21 

19 硬件测试技术  21 

191 内部逻辑测试  21 

192 JTAG 边界扫描测试 22 

110 编程与配置  22 

111 Quartus II  23 

112 IP 核  25 

113 EDA 的发展趋势  25 

习题  27 

第2 章程序结构与数据对象 28 

21 VHDL 程序结构  28 

22 VHDL 程序基本构建  30 

221 实体和端口模式  30 

222 结构体  31 223 库和库的种类  32 

224 库和程序包的调用方法  34 

225 配置  35 

23 VHDL 文字规则  36 

231 数字  36 

232 字符串  36 

233 关键词  37 

234 标识符及其表述规则  37 

235 文件取名和存盘  38 

236 规范的程序书写格式  38 

24 VHDL 数据对象  39 

241 常数  39 

242 变量  39 

243 信号  40 

习题  42 

第3 章数据类型与顺序语句 43 

31 VHDL 数据类型  43 

311 BIT 和BIT_VECTOR 类型  44 

312 STD_LOGIC 和STD_LOGIC_VECTOR 类型  44 

313 整数类型INTEGER  46 

314 布尔数据类型BOOLEAN  47 

315 SIGNED 和UNSIGNED 类型  47 

316 其他预定义类型  49 

317 数据类型转换函数  50 

32 常用顺序语句  52 

321 赋值语句  52 

322 CASE 语句  53 

323 PROCESS 语句  54 

324 并置操作符&  55 

325 IF 语句  56 

33 IF 语句使用示例  57 

331 D 触发器的VHDL 描述  57 

332 含异步复位和时钟使能D 触发器的描述  60 

333 基本锁存器的描述  60 

334 含清零控制锁存器的描述  62 

335 实现时序电路的不同表述方式  63 

336 4 位二进制加法计数器设计  64 

337 计数器更常用的VHDL 表达方式  65 

338 设计一个实用计数器  67 339 含同步并行预置功能的8 位移位寄存器设计  69 

3310 优先编码器设计  70 

34 VHDL 其他顺序语句  71 

341 LOOP 循环语句  72 

342 NEXT 语句  72 

343 EXIT 语句  73 

344 WAIT 语句  74 

345 GENERIC 参数定义语句  77 

346 REPORT 语句  77 

347 断言语句  78 

348 端口数据含1 个数的统计电路模块设计  80 

习题  81 

第4 章时序仿真与硬件实现 83 

41 代码编辑输入和系统编译  83 

411 编辑和输入设计文件  83 

412 创建工程  84 

413 约束项目设置  85 

414 全程综合与编译  87 

415 RTL 图观察器应用  88 

42 时序仿真  89 

43 硬件测试  91 

431 引脚锁定  92 

432 编译文件下载  93 

433 通过JTAG 口对配置芯片进行间接编程  95 

434 USB-Blaster 驱动程序安装方法  96 

44 电路原理图设计流程  96 

441 设计一个半加器  96 

442 完成全加器顶层设计  98 

443 对全加器进行时序仿真和硬件测试  99 

45 利用属性表述实现引脚锁定  100 

46 SignalTap II 的用法  101 

47 编辑SignalTap II 的触发信号  106 

48 安装Quartus II 131 说明  106 

习题  111 

实验与设计  112 

实验4-1 多路选择器设计实验  112 

实验4-2 十六进制7 段数码显示译码器设计  112 

实验4-3 应用宏模块设计数字频率计  114 

实验4-4 计数器设计实验  117实验4-5 数码扫描显示电路设计  118 

实验4-6 硬件消抖动电路设计  118 

实验4-7 串行静态显示控制电路设计  119 

第5 章并行语句  121 

51 并行信号赋值语句  121 

511 简单信号赋值语句  121 

512 条件信号赋值语句  122 

513 选择信号赋值语句  123 

514 块语句  124 

515 元件例化语句  124 

516 例化语句应用示例  125 

517 生成语句  127 

518 GENERIC 参数传递映射语句及其使用方法  129 

519 数据类型定义语句  131 

5110 VHDL 的存储器描述  134 

5111 信号属性及属性函数  136 

52 VHDL 运算操作符  138 

521 逻辑操作符  138 

522 关系操作符  140 

523 算术操作符  141 

524 省略赋值操作符  144 

53 keep 属性应用  145 

54 SignalProbe 使用方法  146 

习题  148 

实验与设计  149 

实验5-1 8 位加法器设计实验  149 

实验5-2 高速硬件除法器设计  149 

实验5-3 移位相加型8 位硬件乘法器设计  150 

实验5-4 基于VHDL 代码的频率计设计  150 

实验5-5 VGA 彩条信号显示控制电路设计  152 

实验5-6 不同类型的移位寄存器设计实验  156 

第6 章 LPM宏模块使用方法  157 

61 调用计数器宏模块示例  157 

611 计数器LPM 模块文本代码的调用  157 

612 LPM 计数器代码与参数传递语句应用  159 

613 创建工程与仿真测试  160 

62 利用属性控制乘法器构建的示例  161 

63 LPM_RAM 宏模块用法  162 

631 初始化文件及其生成  162 632 LPM_RAM 的设置与调用  164 

633 测试LPM_RAM  166 

634 用VHDL 代码描述存储器以及用初始化文件加载表述  166 

64 LPM_ROM 使用示例  168 

641 简易正弦信号发生器设计  168 

642 正弦信号发生器硬件实现和测试  169 

65 在系统存储器数据读写编辑器应用  171 

66 LPM 嵌入式锁相环调用  172 

661 建立嵌入式锁相环元件  172 

662 测试锁相环  175 

67 In-System Sources and Probes Editor 用法  175 

68 DDS 实现原理与应用  178 

681 DDS 原理  178 

682 DDS 信号发生器设计示例  180 

习题  181 

实验与设计  181 

实验6-1 查表式硬件运算器设计  181 

实验6-2 正弦信号发生器设计  182 

实验6-3 简易逻辑分析仪设计  182 

实验6-4 DDS 正弦信号发生器设计  183 

实验6-5 移相信号发生器设计  184 

实验6-6 VGA 简单图像显示控制模块设计  185 

实验6-7 AM 幅度调制信号发生器设计  186 

第7 章 VHDL 设计深入  188 

71 进程中的信号赋值与变量赋值  188 

72 含高阻输出的电路设计  192 

721 三态门设计  192 

722 双向端口的设计方法  193 

723 三态总线电路设计  195 

73 资源优化  196 

731 资源共享  197 

732 逻辑优化  198 

733 串行化  199 

74 速度优化  200 

741 流水线设计  201 

742 关键路径法  203 

75 仿真延时  204 

751 固有延时  204 

752 传输延时  205 753 仿真δ  205 

习题  206 

实验与设计  207 

实验7-1 4X4 阵列键盘键信号检测电路设计  207 

实验7-2 乐曲硬件演奏电路设计  207 

实验7-3 PS2 键盘控制模型电子琴电路设计  210 

实验7-4 直流电机综合测控系统设计  213 

实验7-5 VGA 动画图像显示控制电路设计  215 

第8 章状态机设计技术  216 

81 VHDL 状态机的一般形式  216 

811 状态机的特点与优势  216 

812 VHDL 状态机的一般结构  217 

813 状态机设计初始约束与表述  220 

82 Moore 型状态机的设计  221 

821 多进程状态机  222 

822 序列检测器之状态机设计  225 

83 Mealy 型状态机的设计  226 

84 状态编码  230 

841 直接输出型编码  230 

842 顺序编码  232 

843 一位热码状态编码  232 

844 状态编码设置  233 

85 安全状态机设计  234 

851 程序直接导引法  235 

852 状态编码监测法  235 

853 借助EDA 优化控制工具生成安全状态机  236 

习题  236 

实验与设计  236 

实验8-1 序列检测器设计  236 

实验8-2 并行ADC 采样控制电路实现与硬件验证  237 

实验8-3 数据采集模块设计  238 

实验8-4 五功能智能逻辑笔设计  239 

实验8-5 串行ADC/DAC 采样或信号输出控制电路设计  240 

第9 章 16 位CPU 创新设计  241 

91 KX9016 的结构与特色  241 

92 KX9016 基本硬件系统设计  244 

921 单步节拍发生模块  244 

922 运算器  244 

923 比较器  245 924 基本寄存器与寄存器阵列组  246 

925 移位器  250 

926 程序与数据存储器  251 

93 KX9016v1 指令系统设计  251 

931 指令格式  251 

932 指令操作码  252 

933 软件程序设计实例  254 

934 KX9016 v1 控制器设计  255 

935 指令设计实例详解  259 

94 KX9016 的时序仿真与硬件测试  260 

941 时序仿真与指令执行波形分析  260 

942 CPU 工作情况的硬件测试  262 

95 KX9016 应用程序设计实例和系统优化  264 

951 乘法算法及其硬件实现  264 

952 除法算法及其硬件实现  265 

953 KX9016v1 的硬件系统优化  266 

习题  267 

实验与设计  268 

实验9-1 16 位CPU 验证性设计综合实验  268 

实验9-2 新指令设计及程序测试实验  268 

实验9-3 16 位CPU 的优化设计与创新  269 

第10 章 VHDL 仿真和语句补充  271 

101 VHDL 仿真流程  272 

102 VHDL 测试基准实例  274 

103 VHDL Test Bench 测试流程  276 

104 VHDL 子程序  278 

1041 函数  278 

1042 重载函数  281 

1043 决断函数  283 

1044 过程  284 

1045 重载过程  286 

1046 子程序调用语句  286 

1047 RETURN 语句  288 

1048 并行过程调用语句  289 

105 VHDL 程序包  291 

习题  293 

实验与设计  294 

实验10-1 在ModelSim 上对VHDL Test Bench 进行仿真  294 

第11 章 DSP Builder 系统设计方法  295 111 MATLAB/DSP Builder 及其设计流程  295 

112 正弦信号发生器设计  297 

1121 建立设计模型  298 

1122 Simulink 模型仿真  304 

1123 SignalCompiler 使用方法  307 

1124 使用ModelSim 进行RTL 级仿真  308 

1125 使用Quartus II 实现时序仿真  310 

1126 硬件测试与硬件实现  310 

113 DSP Builder 层次化设计  311 

114 基于DSP Builder 的DDS 设计  314 

1141 DDS 模块设计  314 

1142 FSK 调制器设计  316 

1143 正交信号发生器设计  318 

1144 数控移相信号发生器设计  318 

1145 幅度调制信号发生器设计  318 

115 HIL 硬件测试  320 

习题  324 

实验与设计  325 

实验11-1 利用MATLAB/DSP Builder 设计基本电路模块  325 

实验11-2 基于DSP Builder 的DDS 应用模型设计  326 

实验11-3 HIL 硬件环仿真实验  327 

第12 章 DSP Builder 设计深入  329 

121 FIR 数字滤波器设计  329 

1211 FIR 滤波器原理  329 

1212 使用DSP Builder 设计FIR 滤波器  330 

1213 使用MATLAB 的滤波器设计工具  334 

1214 使用FIR IP Core 设计FIR 滤波器  340 

122 HDL 模块插入仿真及其设计  343 

习题  346 

实验与设计  347 

实验12-1 FIR 数字滤波器设计实验  347 

实验12-2 调制解调模块设计实验  348 

实验12-3 HDL Import 模块应用实验  348 

附录A EDA 开发系统及相关电路与表格  349 

A1 KX_CDS 系列EDA/SOPC 系统  350 

A2 部分实验扩展模块  354 

A3 mif 文件生成器使用方法 355 

A4 核心板FPGA 扩展至KX_CDS 系统对照表  357 

A5 多功能重配置结构可切换的部分实验电路图  359