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【现货速发】数字系统设计与VHDL（第2版慕课版教材）

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天津津南
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作者王金明

出版社电子工业出版社

ISBN9787121332500

出版时间2018-01

装帧平装

开本16开

定价49.9元

货号25208431

上书时间2024-12-26

易安居书舍
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品相描述：全新
商品描述
前言
第2版前言
本书在第1版的基础上主要做了如下修订：
（1）将设计工具从Quartus II 9.0升级为Quartus Prime 17.0。从Quartus II 10.0开始，Quartus II软件取消了自带的波形仿真工具，转而采用专业第三方仿真工具ModelSim进行仿真；自Quartus II 13.1之后，Quartus II只支持64位操作系统（Windows 7/8/10）；从Quartus II 15.1开始，Quartus II开发工具改称Quartus Prime；2017年Intel（Altera已被Intel收购）发布了Quartus Prime 17.0版本。Quartus Prime 17.0支持的器件更新，自带的IP核更多，编译速度更快，支持VHDL—2008和System Verilog—2005，作为设计者应积极适应EDA设计工具的变化，并尽可能用新版本。
（2）将实验板从DE2、DE2—70升级为DE2—115。从Quartus II 13.1版本开始，Quartus II软件已不再支持Cyclone I和Cyclone II器件（Cyclone I和Cyclone II已经停产），所以基于Cyclone II器件的DE2和DE2—70实验板，用Quartus II 13.1版本后的Quartus II已不能下载。DE2—115实验板基于Cyclone IV FPGA器件（EP4CE115F29），器件新，资源丰富，同时，在外设和使用习惯等方面与DE2—70基本保持一致，所以本书将针对的实验板改为DE2—115。
（3）更新了有关ModelSim仿真的内容。本书介绍了两个版本的ModelSim的使用方法：一个是Intel（Altera）的OEM版本——ModelSim-ase；在第10章中详细介绍了ModelSim SE进行功能和时序仿真的过程，ModelSim SE的功能更强、更全面。
（4）更新了部分有关FPGA器件结构的内容，使之尽量反映FPGA器件的发展。
（5）更新和修正了设计案例，将设计案例基于DE2—115实验板重新做了修改和验证。
由于FPGA芯片和EDA软件的不断更新换代，同时因编著者时间和精力所限，本书虽经改版和修正，仍不免有诸多疏漏和遗憾，一些案例也有继续发挥和改进的空间，同时一些新的例程限于篇幅未能在书中得到反映。基于本教材的慕课（MOOC）教学资源《数字系统设计》已在华信教育网推出，可配合学习。本书与编著者的另一拙作《数字系统设计与Verilog HDL》（第6版）互为补充，前者以VHDL语言开发为主，后者则以Verilog语言的设计为重点。
感谢友晶科技的彭显恩经理和尹作娟女士，以及鑫合欣的王婷女士在本书写作过程中所给予的大力支持；感谢美国威斯康星大学麦迪逊分校的Yu Hen Hu教授在编著者访学期间在学术上和教学上给予编著者的无私帮助与支持；感谢本书责任编辑窦昊先生与编著者多年的鼎力合作。
本书疏漏与错误之处，希望读者和同行给予批评指正。E-mail：wjm_ice@163.com

编著者              
2017年10月于解放军陆军工程大学  
 
第1版前言
本书的主要内容包括FPGA/CPLD器件、EDA设计工具（包括Quartus Ⅱ、Synplify Pro、DSP Builder、ModelSim等）、VHDL硬件描述语言，以及一些典型的数字设计实例。书中的实例多数在Altera的DE2-70实验平台上进行了实际验证，并尽量给出程序综合与仿真的结果，以便于对照。此外，对于EDA软件工具、实验平台、设计案例均做了精心选择，是编著者认为目前较有典型性和代表性的方案。
本书的定位是作为EDA技术、FPGA开发或数字设计方面的教材。在编写的过程中，遵循的是重视基础、面向应用的原则，力图在有限的篇幅内，将EDA技术与FPGA设计相关的知识简明扼要、深入浅出地进行阐述，并融入编著者在教学、科研中的实践经验。撰写此书的另一个初衷是与拙作《数字系统设计与Verilog HDL》互为补充，前者以VHDL语言开发为主，后者则以Verilog语言的设计为重点。
全书共12章。第1章对EDA技术进行综述；第2章介绍FPGA/CPLD器件的典型结构与配置；第3章介绍Quartus Ⅱ集成开发工具以及基于宏功能模块的设计；第4章对VHDL程序设计进行了初步介绍；在第5章至第7章中，系统介绍VHDL的程序结构、语法、基本语句、建模方式等内容；第8章是有关有限状态机的内容；第9章讨论设计优化和常用数字电路的设计实现方法；第10章是有关VHDL仿真的内容；第11章介绍DSP Builder的使用方法；第12章是VHDL数字通信和接口等较复杂的数字逻辑系统的设计举例。在附录中对Altera的DE2-70和DE2实验平台做了推广介绍。
感谢Altera公司大学计划部Bob Xu先生和上海美连信息技术公司罗晶先生对本书的大力支持。
在撰写的过程中力求准确、简约，避免烦琐，以期做到深入浅出。所有举例都经过综合工具或仿真工具的验证，同时也参考了众多国内外同行的书籍和资料，在此深表感谢。
EDA技术是一门实践性很强的课程，同时EDA技术的发展又非常迅速，要真正掌握数字设计技术，成为行家里手，需要设计者在实践中不断摸索与积累，逐步提高自己的实际能力与水平。本书虽经很大努力，但由于编著者水平所限，书中疏漏与错误之处在所难免，希望同行和广大读者给予批评指正。E-mail：wjm_ice@163.com

编著者           
2010年1月于解放军理工大学

导语摘要
本书根据EDA课程教学要求，以提高数字设计能力为目的，系统阐述FPGA数字系统开发的相关知识，主要内容包括EDA技术概述、FPGA/CPLD器件、VHDL硬件描述语言等。全书以Quartus Prime、ModelSim等软件为平台，以VHDL’87和VHDL’93语言标准为依据，基于DE2-115实验平台，以可综合的设计为重点，通过大量经过验证的数字设计实例，阐述数字系统设计的方法与技术，由浅入深地介绍VHDL工程开发的知识与技能。

作者简介
王金明，男，1972年5月出生，博士，现为解放军陆军工程大学副教授、硕士生导师。曾获军队科技进步一等奖1项，军队科技进步二等奖3项，军队科技进步三等奖5项，获军队级教学成果二等奖1项；获国家发明专利授权2项，获软件著作授权1项；发表论文80余篇，其中SCI、EI收录30余篇；主编教材多部，并入选"十一五”*规划教材和"十二五”*规划教材；2013年获军队院校育才奖银奖；2014年由国家留学基金委资助，在美国威斯康星大学麦迪逊分校访问研究1年；指导本科生参加全国大学生电子设计竞赛，共获得全国一等奖8项。

目录
第1章  EDA技术概述1
1.1  EDA技术及其发展1
1.2  Top-down设计与IP核复用4
1.2.1  Top-down设计4
1.2.2  Bottom-up设计5
1.2.3  IP复用技术与SoC5
1.3  数字设计的流程7
1.3.1  设计输入8
1.3.2  综合9
1.3.3  布局布线9
1.3.4  仿真10
1.3.5  编程配置10
1.4  常用的EDA软件工具10
1.5  EDA技术的发展趋势14
习题115
第2章  FPGA/CPLD器件16
2.1  PLD器件概述16
2.1.1  PLD器件的发展历程16
2.1.2  PLD器件的分类17
2.2  PLD的基本原理与结构19
2.2.1  PLD器件的基本结构19
2.2.2  PLD电路的表示方法20
2.3  低密度PLD的原理与结构21
2.4  CPLD的原理与结构25
2.4.1  宏单元结构25
2.4.2  典型CPLD的结构26
2.5  FPGA的原理与结构29
2.5.1  查找表结构29
2.5.2  典型FPGA的结构32
2.5.3  Altera的Cyclone IV器件结构35
2.6  FPGA/CPLD的编程元件38
2.7  边界扫描测试技术42
2.8  FPGA/CPLD的编程与配置43
2.8.1  在系统可编程43
2.8.2  FPGA器件的配置45
2.8.3  Cyclone IV器件的编程46
2.9  FPGA/CPLD器件概述48
2.10  FPGA/CPLD的发展趋势52
习题252
第3章  Quartus Prime使用指南54
3.1  Quartus Prime原理图设计55
3.1.1  半加器原理图设计输入55
3.1.2  1位全加器设计输入60
3.1.3  1位全加器的编译61
3.1.4  1位全加器的仿真63
3.1.5  1位全加器的下载68
3.2  基于IP核的设计71
3.2.1  用LPM_COUNTER设计模24方向可控计数器72
3.2.2  用LPM_ROM模块实现4×4无符号数乘法器79
3.3  SignalTap II的使用方法86
3.4  Quartus Prime的优化设置与时序分析91
习题395
实验与设计97
3-1  8位带符号乘法器97
3-2  用常量模块实现补码转换为幅度码的电路101
第4章  VHDL设计初步103
4.1  VHDL简介103
4.2  VHDL组合电路设计104
4.2.1  用VHDL设计基本组合电路104
4.2.2  用VHDL设计加法器106
4.3  VHDL时序电路设计108
4.3.1  用VHDL设计D触发器108
4.3.2  用VHDL设计计数器111
习题4114
实验与设计115
4-1  Synplify Pro综合器的使用方法115
第5章  VHDL结构与要素120
5.1  实体120
5.1.1  类属参数说明120
5.1.2  端口说明122
5.2  结构体122
5.3  VHDL库和程序包123
5.3.1  库124
5.3.2  程序包126
5.4  配置128
5.5  子程序131
5.5.1  过程132
5.5.2  函数134
5.6  VHDL文字规则136
5.6.1  标识符136
5.6.2  数字137
5.6.3  字符串137
5.7  数据对象138
5.7.1  常量138
5.7.2  变量139
5.7.3  信号139
5.7.4  文件140
5.8  VHDL数据类型141
5.8.1  预定义数据类型142
5.8.2  用户自定义数据类型145
5.8.3  数据类型的转换148
5.9  VHDL运算符150
5.9.1  逻辑运算符150
5.9.2  关系运算符151
5.9.3  算术运算符152
5.9.4  并置运算符153
5.9.5  运算符重载153
习题5154
实验与设计155
5-1  用altpll锁相环IP核实现倍频和分频155
第6章  VHDL基本语句161
6.1  顺序语句161
6.1.1  赋值语句161
6.1.2  IF语句161
6.1.3  CASE语句167
6.1.4  LOOP语句170
6.1.5  NEXT与EXIT语句172
6.1.6  WAIT语句173
6.1.7  子程序调用语句175
6.1.8  断言语句175
6.1.9  REPORT语句176
6.1.10  NULL语句177
6.2  并行语句178
6.2.1  并行信号赋值语句178
6.2.2  进程语句183
6.2.3  块语句186
6.2.4  元件例化语句187
6.2.5  生成语句189
6.2.6  并行过程调用语句192
6.3  属性说明与定义语句193
6.3.1  数据类型属性193
6.3.2  数组属性194
6.3.3  信号属性195
习题6196
实验与设计196
6-1  4×4矩阵键盘检测电路196
6-2  FIFO缓存器设计199
第7章  VHDL设计进阶204
7.1  行为描述204
7.2  数据流描述205
7.3  结构描述206
7.3.1  用结构描述设计1位全加器206
7.3.2  用结构描述设计4位加法器208
7.3.3  用结构描述设计8位加法器209
7.4  三态逻辑设计211
7.5  分频器设计213
7.5.1  占空比为50%的奇数分频213
7.5.2  半整数分频215
7.5.3  数控分频器217
7.6  音乐演奏电路218
7.6.1  音乐演奏实现的方法218
7.6.2  实现与下载220
习题7223
实验与设计224
7-1  数字表决器224
7-2  数字跑表227
第8章  VHDL有限状态机设计233
8.1  有限状态机233
8.1.1  有限状态机的描述233
8.1.2  枚举数据类型236
8.2  有限状态机的描述方式237
8.2.1  三进程表述方式238
8.2.2  双进程表述方式239
8.2.3  单进程表述方式241
8.3  状态编码244
8.3.1  常用的编码方式244
8.3.2  用ATTRIBUTE指定编码方式245
8.3.3  用常量进行编码247
8.4  有限状态机设计要点249
8.4.1  起始状态的选择和复位249
8.4.2  多余状态的处理251
习题8252
实验与设计253
8-1  流水灯控制器253
8-2  状态机A/D采样控制电路255
第9章  VHDL数字设计与优化258
9.1  流水线设计技术258
9.2  资源共享261
9.3  VGA图像的显示与控制265
9.3.1  VGA图像显示原理与时序265
9.3.2  VGA图像显示与控制的实现269
9.4  数字过零检测和等精度频率测量276
9.4.1  数字过零检测276
9.4.2  等精度频率测量278
9.4.3  数字测量系统280
习题9282
实验与设计284
9-1  字符液晶显示控制器设计284
第10章  VHDL的Test Bench仿真291
10.1  VHDL仿真概述291
10.2  VHDL测试平台292
10.2.1  用VHDL描述仿真激励信号292
10.2.2  用TEXTIO进行仿真296
10.3  ModelSim SE仿真实例299
10.3.1  图形界面仿真方式302
10.3.2  命令行仿真方式305
10.3.3  ModelSim SE时序仿真307
习题10309
实验与设计309
10-1  用ModelSim SE仿真奇偶检测电路309
第11章  VHDL设计实例312
11.1  m序列产生器312
11.1.1  m序列的原理与性质312
11.1.2  用原理图设计产生m序列314
11.1.3  用VHDL设计m序列315
11.2  Gold码317
11.2.1  Gold码的原理与性质317
11.2.2  用原理图设计产生Gold码318
11.2.3  用VHDL设计实现Gold码319
11.3  卷积码320
11.3.1  卷积码原理320
11.3.2  卷积码实现320
11.4  QPSK数字调制产生323
11.4.1  调制原理323
11.4.2  QPSK调制信号产生的设计实现324
11.5  小型神经网络333
11.6  数字AGC337
11.6.1  数字AGC技术的原理和设计思想337
11.6.2  数字AGC的VHDL实现338
11.6.3  数字AGC的仿真345
习题11347
实验与设计347
11-1  异步串行接口（UART）347
附录A  VHDL关键字356
附录B  DE2-115介绍357

内容摘要
本书根据EDA课程教学要求，以提高数字设计能力为目的，系统阐述FPGA数字系统开发的相关知识，主要内容包括EDA技术概述、FPGA/CPLD器件、VHDL硬件描述语言等。全书以Quartus Prime、ModelSim等软件为平台，以VHDL’87和VHDL’93语言标准为依据，基于DE2-115实验平台，以可综合的设计为重点，通过大量经过验证的数字设计实例，阐述数字系统设计的方法与技术，由浅入深地介绍VHDL工程开发的知识与技能。

主编推荐
王金明，男，1972年5月出生，博士，现为解放军陆军工程大学副教授、硕士生导师。曾获军队科技进步一等奖1项，军队科技进步二等奖3项，军队科技进步三等奖5项，获军队级教学成果二等奖1项；获国家发明专利授权2项，获软件著作授权1项；发表论文80余篇，其中SCI、EI收录30余篇；主编教材多部，并入选"十一五”*规划教材和"十二五”*规划教材；2013年获军队院校育才奖银奖；2014年由国家留学基金委资助，在美国威斯康星大学麦迪逊分校访问研究1年；指导本科生参加全国大学生电子设计竞赛，共获得全国一等奖8项。

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