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第1章 FPGA基础知识1

1.1 PLD演化过程1

1.2 PLD分类2

1.3 FPGA的诞生3

1.4 FPGA结构特点4

1.4.1基于查找表的FPGA结构4

1.4.2基于乘积项的CPLD8

1.4.3其他结构FPGA器件10

1.5 FPGA内部编程方式11

1.6 Altera公司典型FPGA器件11

1.7 FPGA实现数字信号处理的流程14

1.7.1 FPGA实现数字信号处理系统概述14

1.7.2基于单一软件的FPGA设计流程16

1.7.3基于多种软件的FPGA设计流程19

1.8 PLD器件选型22

1.8.1 FPGA与CPLD的比较22

1.8.2 CPLD的应用场合23

1.8.3 FPGA的应用场合25

第2章 VHDL硬件描述语言26

2.1硬件描述语言综述26

2.1.1硬件描述语言现状26

2.1.2硬件描述语言的发展历史26

2.1.3使用硬件描述语言的理由27

2.1.4硬件描述语言的主要特征28

2.1.5硬件描述语言设计流程及设计方法29

2.1.6 Verilog HDL与VHDL比较31

2.1.7 HDL与计算机语言的区别32

2.1.8硬件描述语言发展趋势32

2.2 VHDL硬件描述语言基本结构33

2.2.1 VHDL的基本组成33

2.2.2实体35

2.2.3结构体37

2.2.4进程41

2.3 VHDL数据对象42

2.3.1常数42

2.3.2信号42

2.3.3变量43

2.3.4信号与变量的区别43

2.4 VHDL数据类型47

2.4.1枚举型47

2.4.2整数型、实数型47

2.4.3阵列数据类型48

2.4.4记录型49

2.4.5 VHDL数据类型及子类型49

2.4.6 VHDL数据类型转换50

2.5属性51

2.6 VHDL运算符51

2.6.1逻辑运算符52

2.6.2关系运算符53

2.6.3算术运算符54

2.6.4并置（连接）运算符54

2.7组合逻辑电路设计55

2.7.1并行语句55

2.7.2顺序语句57

2.7.3几种语句的比较63

2.8同步时序逻辑电路设计63

2.9状态机的优化设计64

2.10层次化设计70

2.11库72

2.12包74

2.13元件75

2.14函数77

2.15过程78

第3章 FPGA设计常用软件80

3.1 FPGA设计时常用MATLAB功能80

3.1.1 MATLAB编程基本操作80

3.1.2基本运算操作81

3.1.3 MATLAB中的矩阵操作83

3.1.4 MATLAB程序参数输入和输出操作89

3.1.5 MATLAB函数及调用92

3.1.6 MATLAB绘图功能104

3.2 ISE软件基本操作109

3.2.1 ISE功能简介109

3.2.2 ISE软件的基本操作110

3.2.3 ISE软件的项目管理115

3.2.4 ISE软件的开发流程117

3.3 Quartus-Ⅱ软件基本操作123

3.3.1 Quartus-项目操作123

3.3.2 Quartus-Ⅱ设计输入127

3.3.3 Quartus-Ⅱ与其他EDA软件连接133

3.3.4 Quartus-Ⅱ编译137

3.3.5 Quartus-Ⅱ延时分析138

3.3.6 Quartus-Ⅱ仿真139

3.3.7 Quartus-Ⅱ下载142

3.4 ModelSim软件基本操作143

3.4.1 ModelSim简介143

3.4.2代码仿真143

3.4.3门级仿真和时序仿真147

3.4.4仿真需要的文件147

3.4.5仿真步骤147

第4章 FPGA实现数字信号处理概述151

4.1数字信号处理简介151

4.2 FPGA实现数字信号处理的数据表示152

4.2.1数的定标152

4.2.2 FPGA定点算术运算154

4.2.3非线性运算的定点快速实现156

第5章 数字滤波器的FPGA设计160

5.1分布式结构FIR滤波器设计160

5.1.1算法分析160

5.1.2 FPGA设计162

5.1.3仿真验证169

5.1.4设计扩展169

5.1.5 Quartus-Ⅱ与MATLAB联合仿真170

5.2流水线结构FIR滤波器设计173

5.2.1算法分析173

5.2.2模型设计175

5.2.3设计的HDL描述175

5.2.4细化设计176

5.2.5参数设置176

5.2.6乘法器的变形177

5.2.7仿真验证178

5.3基于Altera IP核的FIR滤波器设计182

5.3.1参数设置183

5.3.2仿真验证190

5.4基于Xilinx IP核的FIR滤波器设计194

5.4.1参数设置194

5.4.2仿真验证199

第6章 离散傅里叶变换的FPGA设计202

6.1高速并行结构FFT的FPGA实现202

6.1.1用FPGA实现FFT简介202

6.1.2高速并行FFT算法简介203

6.1.3高速并行FFT算法MATLAB仿真206

6.1.4高速并行FFT算法FPGA实现207

6.1.5用ModelSim与MATLAB联合仿真验证设计211

6.2固定几何结构FFT的FPGA实现215

6.2.1算法简介215

6.2.2数据格式的选择216

6.2.3算法FPGA实现218

6.2.4设计验证221

6.3基-4串行结构FFT的设计实现223

6.3.1设计简介223

6.3.2设计框图及接口时序223

6.3.3 FPGA设计实现224

6.3.4设计的仿真验证225

6.4基于FIR滤波结构的高速DFT设计229

6.4.1算法简介229

6.4.2 FPGA设计230

6.4.3仿真验证232

6.5串并混合结构FFT的FPGA设计实现234

6.5.1算法分析234

6.5.2 FPGA设计实现234

6.5.3仿真验证238

6.6基于Altera IP核的FFT设计实现239

6.6.1 IP核简介239

6.6.2下载和安装FFT核239

6.6.3创建一个新项目239

6.6.4用MATLAB与Quartus-Ⅱ对设计进行仿真验证241

6.7基于Xilinx IP核的FFT设计实现243

6.7.1参数设置243

6.7.2 IP核的引用245

6.7.3仿真验证247

第7章 数字正交变换算法的FPGA设计250

7.1正交变换简介250

7.2模拟正交变换250

7.3直接采样数字正交变换的FPGA设计251

7.3.1算法分析251

7.3.2算法MATLAB仿真253

7.3.3算法FPGA实现255

7.4基于FFT/IFFT的数字正交变换法的FPGA设计259

7.4.1算法分析259

7.4.2 FPGA设计260

7.4.3仿真验证262

7.5多相滤波结构数字正交变换的FPGA设计263

7.5.1算法分析263

7.5.2 FPGA设计264

7.5.3设计验证266

7.6大带宽数字正交变换法的FPGA设计271

7.6.1算法分析271

7.6.2算法MATLAB仿真273

7.6.3算法FPGA实现274

7.6.4 FPGA实现后的时序验证275

第8章 CORDIC与DDS的FPGA设计278

8.1 CORDIC和DDS算法简介278

8.1.1坐标旋转数字计算机278

8.1.2 CORDIC原理278

8.1.3三角函数的计算279

8.1.4 CORDIC算法的MATLAB验证280

8.1.5用CORDIC实现数控振荡器280

8.1.6 DDS基本原理281

8.2 CORDIC算法的FPGA实现282

8.2.1用HDL实现282

8.2.2基于Xilinx的IP核实现286

8.3 DDS算法的FPGA实现291

8.3.1用HDL在Altera FPGA中实现DDS291

8.3.2用HDL在Xilinx FPGA中实现DDS294

8.3.3用Xilinx IP核实现DDS296

参考文献301