基于Altera FPGA/CPLD的電子系統(tǒng)設計及工程實踐

第1章 可編程邏輯器件 1
1.1 可編程邏輯器件的發(fā)展歷程 1
1.2 Altera CPLD/FPGA 3
1.2.1 MAX系列 3
1.2.2 Cyclone器件系列——低成本的FPGA 4
1.2.3 Arria系列——高性價比FPGA 11
1.2.4 Stratix系列——高端FPGA 12
第2章 Quartus II 8.1軟件應用基礎 15
2.1 Quartus II概述 15
2.2 Quartus II特性 16
2.2.1 Quartus II 7.2軟件特性 16
2.2.2 Quartus II 8.0的特點 17
2.2.3 Quartus II 8.0訂購版和網(wǎng)絡版軟件的區(qū)別 18
2.2.4 Quartus II 8.1的特點 20
2.3 Quartus II 8.1軟件系統(tǒng)的安裝和運行 21
2.3.1 Quartus II 8.1軟件系統(tǒng)配置 21
2.3.2 安裝過程 22
2.3.3 啟動運行和許可文件安裝 26
2.4 Quartus II 8.1軟件系統(tǒng)的用戶界面 28
2.4.1 標題欄 29
2.4.2 菜單欄 29
2.4.3 工具欄 33
2.4.4 工程導航器 33
2.4.5 狀態(tài)顯示窗口 33
2.4.6 消息顯示窗口 33
2.4.7 工程工作區(qū) 33
2.5 Quartus II軟件設計流程及方法 34
2.5.1 設計流程 34
2.5.2 設計方法和設計規(guī)劃 37
第3章 VHDL編程基礎 39
3.1 VHDL語言基本要素 39
3.1.1 文字規(guī)則 39
3.1.2 數(shù)據(jù)對象與數(shù)據(jù)類型 42
3.1.3 運算操作符與表達式 57
3.2 VHDL語言的基本結構 61
3.2.1 基本結構 61
3.2.2 實體 62
3.2.3 結構體 64
3.2.4 庫和程序包 65
3.3 VHDL語言的基本語句 68
3.3.1 順序語句 68
3.3.2 并行語句 80
3.3.3 屬性定義與描述 92
3.4 VHDL語言的描述風格 95
3.4.1 行為描述風格 95
3.4.2 數(shù)據(jù)流描述風格 97
3.4.3 結構描述風格 98
3.4.4 混合描述風格 99
第4章 Quartus II工程設計 101
4.1 基于原理圖的工程設計 101
4.2 基于VHDL語言的文本工程設計 121
4.3 基于狀態(tài)機的工程設計 133
4.4 基于LPM宏功能模塊的工程設計 141
4.5 基于混合模式的工程設計 152
第5章 FPGA工程經(jīng)典模塊實戰(zhàn) 161
5.1 分頻器的設計 161
5.1.1 二進制分頻器設計 161
5.1.2 偶數(shù)次分頻器設計 163
5.1.3 奇數(shù)次分頻器設計 164
5.1.4 占空比可調的分頻器設計 167
5.1.5 小數(shù)分頻器設計 169
5.2 序列檢測器的設計 171
5.2.1 設計原理 171
5.2.2 VHDL源程序 171
5.2.3 元件符號及端口說明 173
5.2.4 時序仿真結果 173
5.3 交通控制器的設計 178
5.3.1 設計原理 178
5.3.2 VHDL源程序 179
5.3.3 元件符號及端口說明 180
5.3.4 功能仿真結果 180
5.4 十進制計數(shù)器的設計 181
5.4.1 設計原理 181
5.4.2 VHDL源程序 181
5.4.3 元件符號及端口說明 182
5.4.4 時序仿真結果 182
5.5 LED分位譯碼電路的設計 184
5.5.1 設計原理 184
5.5.2 VHDL源程序 184
5.5.3 元件符號及端口說明 186
5.5.4 時序仿真圖 186
5.6 同步整形電路的設計 187
5.6.1 設計原理 187
5.6.2 VHDL源程序 188
5.6.3 元件符號及端口說明 189
5.6.4 時序仿真圖 189
第6章 基于FPGA的單片機外圍電路設計實例 192
6.1 去抖動電路的設計 192
6.1.1 設計原理 192
6.1.2 狀態(tài)轉換圖 192
6.1.3 去抖動電路的VHDL源程序 193
6.1.4 元件符號及端口說明 194
6.1.5 時序仿真結果 194
6.2 4×4矩陣鍵盤的設計 195
6.2.1 設計原理 196
6.2.2 VHDL源程序 197
6.2.3 元件符號及端口說明 199
6.2.4 時序仿真圖 199
6.3 并行ADC0809控制模塊的設計 199
6.3.1 設計原理 200
6.3.2 ADC0809控制模塊的VHDL源程序 201
6.3.3 元件符號及端口說明 203
6.3.4 時序仿真結果 204
6.4 串行DA TLC5615控制模塊設計 204
6.4.1 設計原理 205
6.4.2 VHDL源程序 206
6.4.3 元件符號及端口說明 209
6.4.4 時序仿真圖 209
6.5 UART控制器的設計 210
6.5.1 UART實現(xiàn)原理 210
6.5.2 UART各模塊實現(xiàn) 211
6.6 步進電機控制模塊的設計 217
6.6.1 設計原理 217
6.6.2 控制換相順序 217
6.6.3 控制步進電機的轉向 217
6.6.4 控制步進電機的速度 217
6.6.5 設計方框圖 218
6.6.6 VHDL源程序 218
6.6.7 元件符號及端口說明 219
6.6.8 時序仿真結果 220
6.7 4位簡單微處理器的設計 220
6.7.1 設計原理 220
6.7.2 各模塊設計 222
第7章 電子設計大賽實例——基于DDS的正弦信號發(fā)生器 229
7.1 DDS工作原理 229
7.2 DDS基本結構 231
7.3 DDS設計思路 231
7.4 DDS正弦波發(fā)生器設計 232
7.5 圖解DDS實現(xiàn)過程 233
7.5.1 創(chuàng)建工程 233
7.5.2 新建VHDL源文件 236
7.5.3 編寫VHDL源程序 237
7.5.4 工程編譯 237
7.5.5 ROM定制 239
7.5.6 對設計進行仿真 245
7.5.7 引腳鎖定和下載 248
7.6 總結提高 249
7.6.1 LPM 249
7.6.2 存儲器設計中應注意的問題 250
第8章 基于FPGA的視頻監(jiān)視系統(tǒng)設計 252
8.1 系統(tǒng)分析和模塊劃分 252
8.2 I2C控制模塊 254
8.2.1 I2C總線時序描述 254
8.2.2 I2C模塊設計 256
8.2.3 I2C模塊仿真結果 258
8.3 異步FIFO模塊 258
8.3.1 FIFO概述 258
8.3.2 異步FIFO模塊設計 259
8.3.3 仿真結果說明 262
8.4 SDRAM控制模塊 263
8.4.1 SDRAM概述 263
8.4.2 SDRAM控制器總體設計 264
8.4.3 SDRAM系統(tǒng)控制接口子模塊設計 265
8.4.4 CMD命令解析和命令響應子模塊 268
8.4.5 數(shù)據(jù)通路子模塊 276
8.4.6 SDRAM控制器頂層模塊 277
8.4.7 仿真結果 284
8.5 VGA顯示控制模塊 285
8.5.1 VGA概述 285
8.5.2 VGA的時序 285
8.5.3 VGA控制模塊設計 286
8.5.4 時序仿真 288
8.6 系統(tǒng)小結 288
第9章 RoboCup大賽實踐——輪系碼盤反饋系統(tǒng)設計 289
9.1 足球機器人比賽概述 289
9.1.1 RoboCup聯(lián)合會 289
9.1.2 FIRA聯(lián)合會 289
9.1.3 機器人總體結構 290
9.1.4 中型機器人技術要求 291
9.2 輪系碼盤工作特點 293
9.3 光電碼盤工作原理 294
9.4 碼盤抗抖電路設計 296
9.4.1 抖動原因 296
9.4.2 抗抖計數(shù)硬件設計 296
9.4.3 抗抖電路工作分析 297
9.5 鑒相模塊設計 298
9.6 測速模塊設計 299
9.6.1 測速工作原理 299
9.6.2 測速模塊設計實現(xiàn) 301
第10章 Nios快速體驗——直接用FPGA實現(xiàn)32位CPU 304
10.1 什么是SoPC和Nios 304
10.1.1 SoPC技術 304
10.1.2 什么是Nios軟核 305
10.2 所需軟件的安裝與配置 306
10.2.1 支持軟件說明 307
10.2.2 Nios II IDE安裝說明 308
10.3 先用為快——設計一個可調試的Nios最小系統(tǒng) 311
10.3.1 新建一個工程 311
10.3.2 系統(tǒng)管腳分配 313
10.3.3 定制一個簡單的32位處理器 314
10.3.4 在工程中使用Nios最小系統(tǒng) 321
10.3.5 選擇C/C++語言編寫Nios II應用程序 322
10.3.6 編譯整個項目 324
10.3.7 下載與測試 325
10.4 Nios聯(lián)機調試技巧 326
10.5 SoPC Builder設置詳解 328
10.5.1 SoPC Builder主界面說明 328
10.5.2 CPU設置 329
10.5.3 On-Chip Memory配置 329
10.5.4 Flash Memory配置 330
10.5.5 基本I/O配置 330
10.5.6 UART串行通信接口配置 331
10.5.7 Interval Timer配置 332
10.5.8 Avalon三態(tài)總線配置 332
10.5.9 Nios系統(tǒng)地址分配配置 333
10.6 Nios系統(tǒng)的開發(fā)流程 334
10.7 跟我實踐 335
第11章 DSP Builder設計應用 337
11.1 DSP Builder及其使用方法介紹 337
11.1.1 概述 337
11.1.2 設計流程 338
11.1.3 DSP Builder的安裝與使用 340
11.2 DSP Builder設計入門 342
11.2.1 建立調幅模塊電路模型 342
11.2.2 Simulink仿真電路模型 355
11.2.3 編譯以及配置下載 356
11.2.4 利用ModelSim進行RTL級仿真 365
11.2.5 在Quartus II工程文件中應用設計模型 369
11.3 FIR濾波器設計與實現(xiàn) 371
11.3.1 FIR數(shù)字濾波器概述 371
11.3.2 FIR數(shù)字濾波器設計方法 372
11.3.3 FIR數(shù)字濾波器的DSP Builder設計 372
11.3.4 FIR數(shù)字濾波器的編譯以及ModelSim仿真 376
第12章 經(jīng)典第三方工具介紹與實踐 378
12.1 經(jīng)典綜合工具——Synplify Pro 378
12.1.1 Synplify Pro 8.1介紹 378
12.1.2 Synplify Pro 8.1安裝 379
12.1.3 使用方法1——Synplify Pro 8.1調用Quartus II 383
12.1.4 使用方法2——Quartus II調用Synplify Pro 8.1 387
12.1.5 綜合實踐舉例 389
12.2 經(jīng)典仿真工具——ModelSim 392
12.2.1 ModelSim介紹 392
12.2.2 ModelSim軟件安裝 394
12.2.3 ModelSim使用舉例 399
參考文獻 404