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第1章 EDA开发技术基础1

1.1 EDA技术基础1

1.1.1 EDA技术简介1

1.1.2 EDA技术的发展2

1.2 EDA技术涉及的内容3

1.2.1 可编程逻辑器件3

1.2.2 硬件描述语言4

1.2.3 集成开发环境5

1.2.4 实验开发系统5

1.3 常用的硬件描述语言6

1.3.1 AHDL语言6

1.3.2 VerilogHDL语言6

1.3.3 VHDL语言6

1.4 EDA的集成开发环境8

1.4.1 QuartusⅡ集成开发环境8

1.4.2 ISE和ModelSim集成开发环境9

1.4.3 ispLEVER集成开发环境10

1.5 使用EDA技术进行数字系统开发11

1.5.1 数字系统的设计模型11

1.5.2 数字系统的设计方法11

1.5.3 使用VHDL语言进行数字系统的开发流程12

1.6 课后习题15

1.6.1 填空题15

1.6.2 简答题15

第2章 Quartus Ⅱ集成开发环境16

2.1 Quartus Ⅱ应用基础16

2.1.1 使用图形用户界面17

2.1.2 使用EDA工具设计界面18

2.1.3 使用命令行可执行界面20

2.1.4 QuartusⅡ集成开发环境的应用流程21

2.1.5 Quartus Ⅱ的常用窗口22

2.2 在Quartus Ⅱ集成开发环境中进行VHDL语言开发23

2.2.1 编辑设计文件24

2.2.2 创建工程25

2.2.3 设置工程属性27

2.2.4 编译项目28

2.2.5 仿真29

2.2.6 观察RTL电路33

2.2.7 其他34

2.3 课后习题34

2.3.1 填空题34

2.3.2 简答题35

2.3.3 实验题35

第3章 VHDL语言基础37

3.1 VHDL语言程序的结构37

3.2 VHDL语言的实体39

3.2.1 实体说明39

3.2.2 实体的类属说明39

3.2.3 实体的端口说明40

3.3 VHDL语言的结构体41

3.3.1 结构体的说明语句42

3.3.2 结构体的信号定义42

3.3.3 结构体的功能描述语句42

3.4 VHDL语言的描述风格43

3.4.1 行为描述44

3.4.2 数据流描述45

3.4.3 结构描述45

3.4.4 混合描述47

3.5 课后习题48

3.5.1 填空题48

3.5.2 简答题48

3.5.3 实验题49

第4章 VHDL语言的基本要素50

4.1 VHDL语言文字的命名规范50

4.1.1 数值型文字50

4.1.2 字符串型文字51

4.2 VHDL语言的标识符51

4.2.1 短标识符51

4.2.2 扩展标识符52

4.3 VHDL语言的下标和下标段名52

4.3.1 下标52

4.3.2 下标段名53

4.4 VHDL语言的注释53

4.5 VHDL语言的数据对象54

4.5.1 常量54

4.5.2 变量55

4.5.3 信号56

4.5.4 文件57

4.6 VHDL语言的数据类型58

4.6.1 VHDL语言的数据类型按性质分类58

4.6.2 VHDL语言的数据类型按数据来源分类58

4.6.3 VHDL语言的数据类型简介59

4.6.4 VHDL语言的数据类型转换67

4.7 VHDL语言的操作符70

4.7.1 VHDL语言的操作符种类和优先级70

4.7.2 VHDL语言的算术操作符72

4.7.3 VHDL语言的关系操作符74

4.7.4 VHDL语言的逻辑操作符75

4.7.5 VHDL语言的重载操作符76

4.8 课后习题76

4.8.1 填空题76

4.8.2 简答题77

4.8.3 实验题77

第5章 VHDL语言的顺序描述语句79

5.1 赋值语句79

5.2 代入语句80

5.3 赋值语句和代入语句进阶81

5.3.1 赋值语句和代入语句的区别81

5.3.2 赋值语句和代入语句的赋值对象82

5.4 流程控制语句84

5.4.1 IF语句84

5.4.2 CASE语句86

5.4.3 LOOP语句88

5.4.4 NEXT语句89

5.4.5 EXIT语句90

5.5 WAIT语句91

5.5.1 WAIT语句的无限等待91

5.5.2 WAIT ON语句92

5.5.3 WAIT UNTIL语句92

5.5.4 .WAITFOR语句93

5.5.5 多条件WAIT语句94

5.6 空操作语句94

5.7 报告语句94

5.8 断言语句95

5.9 课后习题96

5.9.1 填空题96

5.9.2 简答题96

5.9.3 实验题97

第6章 VHDL语言的并行描述语句98

6.1 并发信号代入语句98

6.1.1 并发信号代入语句基础98

6.1.2 条件信号代入语句99

6.1.3 选择信号代入语句100

6.2 进程语句101

6.3 元件调用语句103

6.4 端口映射语句105

6.4.1 端口位置映射105

6.4.2 端口名称映射106

6.5 类属参数传递语句106

6.6 块语句107

6.6.1 普通块语句107

6.6.2 卫式块语句109

6.7 过程语句110

6.7.1 子程序和包集合110

6.7.2 过程语句的定义与使用111

6.7.3 并发过程调用语句113

6.8 函数语句114

6.9 返回语句115

6.10 生成语句116

6.10.1 FOR-GENERATE结构的生成语句116

6.10.2 IF-GENERATE结构的生成语句117

6.11 延时语句119

6.11.1 惯性延时语句119

6.11.2 传输延时语句120

6.12 课后习题120

6.12.1 填空题120

6.12.2 简答题121

6.12.3 实验题121

第7章 使用VHDL语言设计组合逻辑电路123

7.1 组合逻辑电路设计基础123

7.1.1 逻辑代数基础123

7.1.2 逻辑函数的表示方法126

7.1.3 逻辑代数的定理和规则127

7.1.4 组合逻辑电路设计过程129

7.1.5 组合逻辑电路中的竞争与冒险130

7.1.6 组合逻辑电路的设计模式和方法132

7.2 组合逻辑的基本电路设计132

7.2.1 与门设计133

7.2.2 非门设计137

7.2.3 或门设计139

7.2.4 与非门设计143

7.2.5 异或门设计146

7.2.6 三态门设计149

7.3 译码器设计153

7.3.1 变量译码器设计153

7.3.2 码制变化译码器设计156

7.3.3 显示译码器设计161

7.4 编码器设计165

7.4.1 编码器基础165

7.4.2 74系列优先编码器165

7.4.3 VHDL描述的优先编码器165

7.5 数据选择器设计167

7.5.1 数据选择器基础167

7.5.2 74系列数据选择器168

7.5.3 数据选择器的VHDL语言实现169

7.6 比较器设计171

7.6.1 比较器基础171

7.6.2 74系列比较器172

7.6.3 VHDL描述的比较器173

7.7 加法器设计175

7.7.1 加法器基础175

7.7.2 74系列加法器176

7.7.3 加法器的VHDL语言实现177

7.8 减法器设计180

7.8.1 减法器基础180

7.8.2 减法器的VHDL 语言实现181

7.9 乘法器设计182

7.9.1 乘法器的工作原理182

7.9.2 乘法器的VHDL 语言实现183

7.10 奇偶检测电路设计184

7.10.1 奇偶检测电路基础184

7.10.2 74系列奇偶检测电路185

7.10.3 VHDL描述的奇偶检测电路185

7.11 其他逻辑电路设计187

7.11.1 双向总线设计187

7.11.2 补码器189

7.12 课后习题190

7.12.1 填空题190

7.12.2 简答题190

7.12.3 实验题190

第8章 使用VHDL语言设计时序电路192

8.1 时序电路基础192

8.2 时序电路的时钟信号193

8.2.1 VHDL语言的时钟边沿描述193

8.2.2 使用时钟作为敏感信号194

8.3 时序电路的复位信号196

8.3.1 时序电路的同步复位方法196

8.3.2 时序电路的异步复位方法197

8.4 基础时序电路（触发器）设计198

8.4.1 RS触发器设计199

8.4.2 JK触发器设计205

8.4.3 D触发器设计209

8.4.4 T触发器设计212

8.5 寄存器设计214

8.5.1 寄存器基础214

8.5.2 74系列寄存器214

8.5.3 VHDL语言描述的寄存器214

8.6 移位寄存器设计214

8.6.1 移位寄存器基础214

8.6.2 74系列移位寄存器215

8.6.3 VHDL语言描述的移位寄存器216

8.7 计数器设计221

8.7.1 计数器基础221

8.7.2 74系列计数器221

8.7.3 VHDL语言描述的计数器222

8.8 课后习题225

8.8.1 填空题225

8.8.2 简答题226

8.8.3 实验题226

第9章 使用VHDL语言设计存储器228

9.1 只读存储器设计228

9.1.1 只读存储器基础228

9.1.2 只读存储器的VHDL语言实现228

9.2 随机存储器设计232

9.2.1 随机存储器基础232

9.2.2 随机存储器的VHDL语言实现233

9.3 先进先出存储器设计236

9.3.1 先进先出存储器基础236

9.3.2 先进先出存储器的VHDL语言实现236

9.4 课后习题238

9.4.1 填空题238

9.4.2 简答题238

9.4.3 实验题238

第10章 使用VHDL语言设计状态机239

10.1 状态机基础239

10.1.1 状态机的分类239

10.1.2 状态机的VHDL语言描述方法240

10.1.3 状态机的状态编码241

10.1.4 状态机的非法状态242

10.2 状态机的VHDL语言实现243

10.2.1 带变量输出的状态机243

10.2.2 带同步复位的状态机245

10.2.3 米勒型状态机247

10.2.4 莫尔型状态机249

10.2.5 带莫尔／米勒型输出的状态机251

10.3 状态机的实际应用253

10.3.1 状态机应用实例——序列信号发生器253

10.3.2 状态机应用实例——循环彩灯控制器255

10.4 课后习题258

10.4.1 填空题258

10.4.2 简答题258

10.4.3 实验题258

第11章 VHDL语言的层次化设计260

11.1 层次化结构设计基础260

11.2 自顶向下的设计方法262

11.3 VHDL语言的库263

11.3.1 库的声明263

11.3.2 VHDL语言的常用库264

11.4 VHDL语言的程序包265

11.4.1 程序包的定义和使用266

11.4.2 VHDL语言的常用程序包267

11.5 VHDL语言的配置275

11.5.1 配置的标准调用格式和结构276

11.5.2 结构体中的元件配置279

11.5.3 端口映射和实体映射的配置280

11.5.4 块的配置280

11.5.5 使用配置来传递类属性280

11.6 课后习题282

11.6.1 填空题282

11.6.2 简答题282

11.6.3 实验题282

第12章 VHDL语言的仿真、综合和优化283

12.1 VHDL语言的仿真283

12.1.1 使用VHDL语言生成仿真输入信号284

12.1.2 VHDL语言仿真程序的规范289

12.1.3 VHDL语言仿真的δ延时292

12.2 VHDL语言的综合293

12.2.1 VHDL语言综合的分类293

12.2.2 VHDL语言的综合约束条件294

12.2.3 VHDL语言的综合工艺库295

12.2.4 门级映射296

12.3 VHDL语言的设计优化296

12.3.1 VHDL语言的设计优化基础296

12.3.2 VHDL语言的模块复用297

12.3.3 VHDL语言的流水线设计300

12.4 课后习题301

12.4.1 填空题301

12.4.2 简答题302

12.4.3 实验题302

第13章 VHDL语言的属性描述语句304

13.1 属性预定义304

13.2 数值类属性描述语句304

13.2.1 一般数据的数值属性描述语句305

13.2.2 数组的数值属性描述语句306

13.2.3 块的数值属性描述语句307

13.3 函数类属性描述语句309

13.3.1 数据类型的属性函数309

13.3.2 数组的属性函数312

13.3.3 信号的属性函数313

13.4 信号类属性描述语句317

13.4.1 属性'DELAYED语句317

13.4.2 属性'STABLE语句319

13.4.3 属性'QUIET语句320

13.4.4 属性'TRANSACTION语句322

13.5 数据类型类属性描述语句323

13.6 数据区间类属性描述语句324

13.7 用户自定义属性语句325

13.8 课后习题327

13.8.1 填空题327

13.8.2 简答题327

13.8.3 实验题327

第14章 VHDL语言的数字系统设计应用实例328

14.1 交通灯控制器328

14.1.1 交通灯控制器的需求分析328

14.1.2 交通灯控制器的系统设计328

14.1.3 交通灯控制器的VHDL语言实现329

14.1.4 交通灯控制器的仿真332

14.2 出租车计费器333

14.2.1 出租车计费器的需求分析333

14.2.2 出租车计费器的系统设计334

14.2.3 出租车计费器的VHDL语言实现336

14.2.4 出租车计费器的仿真344

14.3 自动售货机346

14.3.1 自动售货机的需求分析346

14.3.2 自动售货机的系统设计346

14.3.3 自动售货机的VHDL语言实现347

14.3.4 自动售货机的仿真350

14.4 通用异步发送器352

14.4.1 通用异步发送器的需求分析353

14.4.2 通用异步发送器的系统设计353

14.4.3 通用异步发送器的 VHDL语言实现355

14.4.4 通用异步发送器的仿真362