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第一篇 基础篇1

第1章 数字系统设计与EDA技术3

1.1 数字系统概念3

1.2 电子设计发展历史4

1.3 EDA技术介绍5

1.3.1 基本特征5

1.3.2 主要内容6

1.3.3 EDA设计流程8

1.4 IP核9

1.4.1 软IP9

1.4.2 固IP9

1.4.3 硬IP9

1.5 EDA应用与发展趋势9

第2章 VHDL语言基础11

2.1 硬件描述语言的特点11

2.2 VHDL程序基本结构11

2.3 VHDL程序主要构件13

2.3.1 库13

2.3.2 实体14

2.3.3 结构体15

2.4 VHDL数据对象16

2.4.1 常量16

2.4.2 变量17

2.4.3 信号17

2.4.4 信号与变量的比较18

2.5 VHDL数据类型19

2.5.1 标准数据类型19

2.5.2 用户自定义数据类型20

2.5.3 数据类型转换21

2.6 运算符21

2.6.1 算术运算符21

2.6.2 逻辑运算符22

2.6.3 关系运算符22

2.6.4 其他运算符22

2.6.5 运算优先级22

2.7 VHDL基本语句23

2.7.1 并行语句23

2.7.2 顺序语句30

2.7.3 属性描述语句35

2.8 测试基准41

2.9 VHDL程序的其他构件41

2.9.1 块41

2.9.2 函数43

2.9.3 过程44

2.9.4 程序包45

2.10 结构体的描述方法47

第3章 组合逻辑电路建模49

3.1 组合逻辑电路的特点与组成49

3.2 基本逻辑门电路的设计49

3.3 译码器51

3.4 编码器52

3.5 加法器的设计53

3.5.1 半加器与全加器53

3.5.2 4位串行进位加法器55

3.5.3 并行进位加法器56

3.6 其他组合逻辑模块58

3.6.1 选择器58

3.6.2 求补器60

3.6.3 三态门61

3.6.4 缓冲器61

3.6.5 比较器63

3.6.6 只读存储器64

3.6.7 随机存储器65

第4章 基本时序逻辑电路建模67

4.1 锁存器67

4.1.1 RS锁存器67

4.1.2 D锁存器69

4.2 触发器70

4.2.1 D触发器70

4.2.2 带有Q输出的D触发器72

4.2.3 JK触发器75

4.2.4 T触发器77

4.3 多位寄存器78

4.4 串进并出型移位寄存器79

4.5 计数器80

4.6 无符号数乘法器83

第5章 同步时序电路设计86

5.1 时序电路的特点与组成86

5.2 设计实例——3位计数器88

5.3 时序电路描述方法89

5.3.1 ASM图的组成90

5.3.2 自动售邮票机92

5.3.3 状态分配与编码92

5.3.4 状态最少化94

5.4 ASM图的硬件实现95

5.4.1 计数器法95

5.4.2 多路选择器96

5.4.3 定序法98

5.4.4 微程序法99

5.5 有限状态机的VHDL实现100

5.5.1 符号化状态机101

5.5.2 单进程状态机104

5.5.3 双进程状态机107

5.5.4 三进程状态机110

5.6 设计实例1——序列检测器113

5.7 设计实例2——A/D采样控制器115

第6章 开发平台与Quartus Ⅱ设计流程119

6.1 SCUT-EDA开发平台119

6.2 Quartus Ⅱ软件设计流程120

6.2.1 基于Quartus Ⅱ的数字系统设计流程120

6.2.2 Quartus Ⅱ软件使用介绍121

第二篇 进阶篇139

第7章 仿真141

7.1 仿真（模拟）概述141

7.1.1 仿真简介141

7.1.2 仿真的级别141

7.2 仿真系统的构成142

7.3 逻辑仿真模型142

7.3.1 电路模型142

7.3.2 元件模型143

7.3.3 信号模型143

7.3.4 延迟模型145

7.4 逻辑仿真过程146

7.5 简单Testbench设计147

7.5.1 VHDL仿真概述147

7.5.2 Testbench程序基本结构148

7.5.3 激励信号的产生148

7.5.4 Testbench设计实例156

7.6 高级Testbench介绍161

7.6.1 高级Testbench概述161

7.6.2 文件I/O的读写162

7.6.3 VCD数据库文件166

7.6.4 断言语句167

7.7 Modelsim软件的使用171

7.7.1 Modelsim软件简介171

7.7.2 从Quartus Ⅱ调用Modelsim软件进行仿真171

第8章 综合与优化184

8.1 综合概述184

8.1.1 综合的层次184

8.1.2 高层次综合184

8.1.3 逻辑综合186

8.1.4 可编程器件综合190

8.2 VHDL的可综合性191

8.2.1 VHDL可综合类型192

8.2.2 VHDL对象综合193

8.2.3 运算符综合196

8.2.4 语句综合197

8.3 寄存器和锁存器可综合描述204

8.3.1 寄存器的引入方法205

8.3.2 避免引入不必要的寄存器212

第9章 数字系统设计方法219

9.1 数字系统自顶向下的设计层次219

9.1.1 数字系统层次化结构219

9.1.2 自顶向下设计方法220

9.2 数字系统的一般划分结构220

9.3 模块划分技术221

9.4 迭代技术227

9.4.1 空间迭代228

9.4.2 时间迭代229

9.4.3 二维迭代229

第三篇 实践篇233

第10章 综合实例235

10.1 出租车计费实验235

10.1.1 设计要求235

10.1.2 设计分析与设计思路235

10.1.3 系统的设计与实现237

10.1.4 波形仿真与分析243

10.1.5 思考题245

10.2 矩阵乘法245

10.2.1 设计要求245

10.2.2 设计分析与设计思路246

10.2.3 系统的设计与实现248

10.2.4 波形仿真与分析252

参考文献254