VHDL及數(shù)字電路驗證

第1章 緒論 1
1．1 電路系統(tǒng) 1
1．1．1 電路系統(tǒng)的分類 1
1．1．2 模擬電路系統(tǒng)及其特點 1
1．1．3 數(shù)字電路系統(tǒng)及其特點 2
1．2 VHDL語言的產(chǎn)生背景、功能及特點 2
1．2．1 EDA概念 2
1．2．2 EDA技術(shù)發(fā)展階段 2
1．2．3 EDA技術(shù)的研究內(nèi)容 4
1．2．4 HDL語言的概念及分類 5
1．2．5 VHDL語言的發(fā)展及特點 6
1．3 PLD與FPGA 7
1．3．1 簡單低密度器件（SPLD） 8
1．3．2 CPLD 9
1．3．3 FPGA 12
1．3．4 器件供應商及第三方軟件介紹 13
習題 16
第2章 VHDL程序框架及組成 17
2．1 概述 17
2．2 語法規(guī)則及命名 17
2．2．1 書寫規(guī)定 17
2．2．2 標識符 18
2．2．3 擴展標識符 18
2．2．4 保留字及專用字 19
2．3 VHDL基本架構(gòu) 19
2．3．1 設計庫 20
2．3．2 包集合 22
2．3．3 實體 24
2．3．4 構(gòu)造體 26
2．3．5 配置 28
3．配置的格式 28
2．4 小結(jié) 31
習題 31
第3章 VHDL語言數(shù)據(jù)類型 32
3．1 數(shù)據(jù)類型概述 32
3．2 標準預定義數(shù)據(jù)類型 32
3．2．1 可綜合數(shù)據(jù)類型 33
3．2．1 不可綜合數(shù)據(jù)類型 36
3．3 用戶自定義數(shù)據(jù)類型 38
3．3．1 枚舉類型 39
3．3．2 數(shù)組類型 39
3．3．3 記錄類型 40
3．3．4 尋址類型 41
3．3．5 文件類型 41
3．4 數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換 42
3．5 小結(jié) 44
習題 44
第4章 VHDL語言數(shù)據(jù)對象及運算操作符 45
4．1 數(shù)據(jù)對象及其分類 45
4．1．1 常量 45
4．1．2 信號 46
4．1．3 變量 47
4．1．4 文件 49
4．2 運算操作符 51
4．2．1 邏輯運算符 51
4．2．2 算術(shù)運算符 52
4．2．3 關(guān)系運算符 52
4．2．4 移位操作符 53
4．2．5 并置運算符 54
4．3 小結(jié) 55
習題 55
第5章 VHDL語言主要描述語句 57
5．1 概述 57
5．2 并發(fā)描述語句 57
5．2．1 進程語句 58
5．2．2 信號代入語句 59
5．2．3 元件例化語句 64
5．2．4 過程調(diào)用語句 69
5．2．5 類屬語句 71
5．2．6 生成語句 72
5．2．7 并行仿真語句 75
5．2．8 塊語句 77
5．3 順序描述語句 78
5．3．1 進程語句 79
5．3．2 賦值語句 79
5．3．3 條件判斷語句 81
5．3．4 CASE語句 83
5．3．5 調(diào)用語句 87
5．3．6 循環(huán)語句 90
5．3．7 仿真描述語句 94
5．3．8 空語句 98
5．4 小結(jié) 99
習題 99
第6章 VHDL語言屬性 100
6．1 概述 100
6．2 數(shù)值類屬性 100
6．2．1 常規(guī)數(shù)據(jù)類型的數(shù)值屬性 101
6．2．2 數(shù)組類型的數(shù)值屬性 101
6．2．3 塊的數(shù)值屬性 102
6．3 函數(shù)類屬性 103
6．3．1 函數(shù)數(shù)據(jù)類型屬性 103
6．3．2 函數(shù)數(shù)組屬性 105
6．3．3 函數(shù)信號屬性 106
6．3．4 信號類屬性 110
6．4 數(shù)據(jù)類型屬性 113
6．5 數(shù)據(jù)區(qū)間類屬性 113
6．6 用戶自定義屬性 114
6．7 小結(jié) 115
習題 115
第7章 VHDL語言構(gòu)造體的描述方式 117
7．1 概述 117
7．2 行為描述方式 117
7．2．1 行為描述方式的概念和特點 117
7．2．2 行為描述方式舉例 117
7．3 結(jié)構(gòu)化描述方式 119
7．3．1 結(jié)構(gòu)化描述方式的概念和特點 119
7．3．2 結(jié)構(gòu)化描述舉例 119
7．4 數(shù)據(jù)流描述方式 123
7．4．1 數(shù)據(jù)流描述方式的概念和特點 123
7．4．2 數(shù)據(jù)流描述方式舉例 124
7．5 混合描述方式 125
7．5．1 混合描述方式的概念和特點 125
7．5．2 混合描述方式舉例 126
7．6 數(shù)據(jù)流描述中應注意的問題 126
7．6．1 非法狀態(tài)傳遞問題 126
7．6．2 進程中時鐘沿的使用問題 128
7．6．3 綜合電路問題 128
7．7 小結(jié) 132
習題 132
第8章 數(shù)字邏輯電路設計 133
8．1 概述 133
8．2 組合邏輯電路設計 133
8．2．1 選擇器和分配器 133
8．2．2 編碼器和譯碼器 138
8．2．3 數(shù)字比較器 144
8．2．4 加法器 146
8．2．5 三態(tài)門及總線緩沖器 148
8．2．6 奇偶校驗器 152
8．3 時序邏輯電路設計 153
8．3．1 觸發(fā)器 153
8．3．2 寄存器的設計 159
8．3．3 計數(shù)器 162
8．4 小結(jié) 168
習題 168
第9章 狀態(tài)機設計 169
9．1 概述 169
9．2 狀態(tài)機的特點 170
9．3 狀態(tài)機的組成 170
9．4 狀態(tài)機的描述風格 174
9．5 狀態(tài)機的狀態(tài)編碼 175
9．5．1 直接輸出型編碼 175
9．5．2 順序編碼 176
9．5．3 格雷碼編碼 176
9．5．4 獨熱碼編碼 177
9．6 狀態(tài)機剩余狀態(tài)處理 178
9．7 有限狀態(tài)機的復位 179
9．8 小結(jié) 183
習題 183
第10章 MODELSIM仿真與測試平臺的搭建 184
10．1 引言 184
10．2 ModelSim仿真軟件 184
10．2．1 ModelSim簡介 184
10．2．2 ModelSim軟件的安裝及破解 184
10．2．3 軟件仿真步驟 188
10．3 測試及驗證平臺 192
10．3．1 仿真軟件編輯輸入 193
10．3．2 仿真輸入波形的產(chǎn)生 193
10．3．3 測試平臺的搭建 198
10．4 小結(jié) 201
習題 201
第11章 QUARTUS II集成開發(fā)環(huán)境 202
11．1 概述 202
11．2 Quartus II軟件開發(fā)流程 203
11．2．1 新建工程設計流程 204
11．2．2 設計輸入流程 207
11．2．3 編譯及綜合流程 217
11．2．4 仿真驗證 220
11．2．5 硬件下載與驗證 224
11．3 Quartus II軟件其他常用功能應用 227
11．3．1 嵌入式邏輯分析儀 227
11．3．2 信號探針 230
11．3．3 功耗分析工具 231
11．3．4 存儲器內(nèi)容編輯 233
11．3．5 邏輯分析儀接口編輯器 235
11．4 小結(jié) 236
習題 236
第12章 FPGA器件及其開發(fā)平臺 237
12．1 FPGA工作原理 237
12．2 Altera FPGA芯片 237
12．2．1 Altera PLD芯片的分類 237
12．2．2 Altera PLD的命名 237
12．2．3 Cylone系列FPGA的功能和結(jié)構(gòu) 238
12．3 FPGA與CPLD的比較 245
12．3．1 FPGA與CPLD的相同點 245
12．3．2 CPLD和FPGA的區(qū)別 245
12．4 FPGA開發(fā)流程 246
12．5 FPGA開發(fā)平臺：最小系統(tǒng)設計 247
12．5．1 FPGA芯片有關(guān)引腳 247
12．5．2 PROM芯片型號及電路連接 248
12．5．3 全局時鐘發(fā)生電路 249
12．5．4 JTAG下載電路 250
12．5．5 電源電路設計 250
12．5．6 其他IO接口電路 251
12．6 小結(jié) 252
習題 252
第13章 FPGA典型應用設計 253
13．1 IP知識產(chǎn)權(quán)模塊 253
13．1．1 IP模塊的概念 253
13．1．2 IP模塊的分類 253
13．1．3 IP模塊的復用 254
13．2 分頻器的設計驗證 255
13．2．1 奇偶數(shù)分頻器通用IP核的設計 255
13．2．2 占空比可調(diào)的分頻器的設計 258
13．3 交通燈控制器的設計 260
13．3．1 設計要求 260
13．3．2 設計原理 260
13．3．3 VHDL語句描述 261
13．3．4 元件符號及端口說明 262
13．3．5 仿真驗證 263
13．4 串口異步收發(fā)控制器的設計 263
13．4．1 UART數(shù)據(jù)幀格式 264
13．4．2 UART的實現(xiàn) 264
13．5 I2C總線通信控制器的設計 274
13．5．1 I2C總線簡介 274
13．5．2 I2C總線幀格式 274
13．5．3 I2C總線頂層模塊設計 275
13．5．4 I2C時鐘模塊的設計 275
13．5．5 I2C寫數(shù)據(jù)模塊設計 276
13．6 并行ADC0809控制模塊設計 279
13．6．1 設計原理 279
13．6．2 狀態(tài)機設計 279
13．6．3 VHDL語言描述 280
13．6．4 測試平臺的設計 281
13．6．5 仿真結(jié)果 282
13．7 串行DAC TLC5615控制模塊設計 282
13．7．1 設計原理 283
13．7．2 設計狀態(tài)圖 283
13．7．3 VHDL源程序 283
13．7．4 元件符號及端口說明 285
13．7．5 仿真驗證 285
13．8 正弦信號發(fā)生器的設計 285
13．8．1 正弦信號發(fā)生器工作原理 285
13．8．2 定制初始化數(shù)據(jù)文件 286
13．8．3 定制LPM_ROM元件 286
13．9 小結(jié) 289
習題 289
主要參考文獻 291