- 西安电子科技大学出版社
- 9787560645476
- 188470
- 47189951-8
- 16开
- 240
- 工学
- 电子科学与技术
- TN79-33
- 无线电电子学、电讯技术
- 本专科
内容简介
本书基于台湾友晶科技DE0开发板实验平台，介绍了Altera Quartus Ⅱ EDA软件及Nios Ⅱ EDS嵌入式设计软件的基本应用。全书共6章：第1章介绍了台湾友晶科技DE0开发板、硬件描述语言及基本的EDA设计方法及相关工具软件；第2章介绍了基于FPGA的嵌入式开发工具NiosⅡ—Eclipse，并给出了详细的设计实例；第3章为EDA初级实验项目及其实现方法；第4章为EDA中级实验项目及其实现方法；第5章为EDA提高实验项目及其实现方法；第6章为EDA实验项目推荐等。本书对于EDA技术的介绍比较全面，结构安排由浅入深，可作为电子工程、通信工程、自动控制、电子科学与技术、电气信息工程、微电子等专业专科、本科及研究生数字电路与EDA相关课程的实验教材及课程设计的参考书，还可作为电子类设计大赛学生的设计参考书，或相关工程技术人员的参考书。
目录
第1章 EDA硬件开发平台与开发工具.......................................................................... 1
1.1 硬件开发平台简介............................................................................................... 1
1.1.1
Cyclone Ⅲ FPGA简介................................................................................. 1
1.1.2
台湾友晶科技DE0 FPGA开发板................................................................... 3
1.1.3
台湾友晶科技DE0开发板的应用................................................................... 4
1.2 硬件描述语言.................................................................................................... 11
1.2.1
VHDL简介.................................................................................................. 12
1.2.2
Verilog HDL关键语法.................................................................................. 18
1.2.3
HDL的编程技术.......................................................................................... 20
1.3 Quartus Ⅱ
13.0 EDA软件应用.......................................................................... 21
1.3.1
创建新工程................................................................................................. 23
1.3.2
建立原理图编辑文件................................................................................... 26
1.3.3
建立文本编辑文件....................................................................................... 40
1.3.4
建立存储器编辑文件................................................................................... 41
1.3.5
设计实例..................................................................................................... 45
1.3.6 项目综合..................................................................................................... 49
1.3.7
Quartus Ⅱ编译器选项设置.......................................................................... 50
1.3.8
引脚分配..................................................................................................... 57
1.3.9
项目编译结果分析....................................................................................... 59
1.3.10
项目程序下载编程..................................................................................... 61
1.4 ModelSim-Altera 10.1d简介................................................................................ 63
1.4.1
ModelSim软件架构..................................................................................... 63
1.4.2 ModelSim软件仿真应用实例....................................................................... 64
1.5 FPGA调试工具SignalTap Ⅱ应用...................................................................... 68
1.5.1
在设计中嵌入SignalTap Ⅱ逻辑分析仪........................................................ 68
1.5.2 使用SignalTap Ⅱ进行编程调试................................................................... 73
1.5.3 查看SignalTap Ⅱ调试波形.......................................................................... 74
第2章 基于FPGA的嵌入式开发工具......................................................................... 76
2.1 Qsys系统开发工具............................................................................................. 76
2.1.1
Qsys与SOPC简介....................................................................................... 76
2.1.2
Qsys系统主要界面...................................................................................... 77
2.2 Nios Ⅱ嵌入式软核及开发工具介绍................................................................... 82
2.2.1
Nios Ⅱ嵌入式处理器.................................................................................. 82
2.2.2
Nios Ⅱ嵌入式处理器软硬件开发流程.......................................................... 82
2.3 FPGA嵌入式系统设计实例................................................................................ 84
2.3.1
实例系统软硬件需求分析与设计规划........................................................... 84
2.3.2
实例系统硬件部分设计................................................................................ 86
2.3.3
实例系统Nios Ⅱ嵌入式软件设计.............................................................. 102
第3章 EDA初级实验............................................................................................... 114
3.1 流水灯实验...................................................................................................... 114
3.1.1
实验要求................................................................................................... 114
3.1.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 115
3.2 计时器实验...................................................................................................... 123
3.2.1
实验要求................................................................................................... 123
3.2.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 124
3.3 单稳态触发器实验........................................................................................... 130
3.3.1
实验要求................................................................................................... 130
3.3.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 130
3.4 脉宽调制(PWM)实验........................................................................................ 134
3.4.1 实验要求................................................................................................... 134
3.4.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 135
3.5 直接数字频率合成(DDS)波形发生器实验......................................................... 136
3.5.1
实验要求................................................................................................... 136
3.5.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 136
第4章 EDA中级实验............................................................................................... 141
4.1 呼吸流水灯实验............................................................................................... 141
4.1.1
实验要求................................................................................................... 141
4.1.2
实验基本要求的设计示例......................................................................... 141
4.2 通用异步串行收发(UART)实验......................................................................... 150
4.2.1
实验要求................................................................................................... 150
4.2.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 150
第5章 EDA提高实验............................................................................................... 162
5.1 VGA视频信号产生实验................................................................................... 162
5.1.1
设计原理................................................................................................... 162
5.1.2
VGA同步信号产生.................................................................................... 165
5.1.3
字符的视频显示设计.................................................................................. 169
5.1.4
跳动的矩形块视频显示设计....................................................................... 173
5.2 Qsys用户自定制外设实验................................................................................ 175
5.2.1
Qsys用户自定制元件说明.......................................................................... 175
5.2.2
Qsys自定义资源库组件实例—DDS信号产生模块...................................... 178
5.3 PS/2键盘接口的FPGA设计............................................................................. 192
5.3.1 PS/2连接器接口........................................................................................ 192
5.3.2 键盘扫描编码介绍..................................................................................... 192
5.3.3 PS/2串行数据传输..................................................................................... 194
5.3.4 用FPGA实现PS/2键盘接口通信的VHDL设计......................................... 196
5.3.5 PS/2设计实例............................................................................................ 198
第6章 EDA实验项目推荐........................................................................................ 200
6.1 自动售货机控制系统设计................................................................................. 200
6.1.1
设计要求................................................................................................... 200
6.1.2
设计分析................................................................................................... 200
6.2 PS/2键盘接口控制器设计................................................................................ 201
6.2.1
设计要求................................................................................................... 201
6.2.2
设计分析................................................................................................... 201
6.3 VGA图像显示控制系统设计............................................................................ 202
6.3.1
设计要求................................................................................................... 202
6.3.2
设计分析................................................................................................... 202
6.4 基于FPGA的电梯控制系统设计...................................................................... 204
6.4.1
设计要求................................................................................................... 204
6.4.2
设计分析................................................................................................... 204
6.5 洗衣机洗涤控制系统设计................................................................................. 205
6.5.1
设计要求................................................................................................... 205
6.5.2
设计分析................................................................................................... 205
6.6 基于FPGA的多路数据采集系统设计............................................................... 207
6.6.1
设计要求................................................................................................... 207
6.6.2
设计分析................................................................................................... 207
6.7 综合设计报告参考格式.................................................................................... 207
6.7.1
报告封面格式............................................................................................ 207
6.7.2
报告正文格式............................................................................................ 207
6.7.3
报告附录格式............................................................................................ 208
6.7.4
报告的其他部分格式.................................................................................. 208
附录............................................................................................................................ 209
附录1
Verilog HDL中常用运算符.......................................................................... 209
附录2 VHDL中常用运算符................................................................................... 210
附录3 DE0开发板引脚分配表............................................................................... 211
附录4 DE0开发板原理图...................................................................................... 214
参考文献..................................................................................................................... 232
1.1 硬件开发平台简介............................................................................................... 1
1.1.1
Cyclone Ⅲ FPGA简介................................................................................. 1
1.1.2
台湾友晶科技DE0 FPGA开发板................................................................... 3
1.1.3
台湾友晶科技DE0开发板的应用................................................................... 4
1.2 硬件描述语言.................................................................................................... 11
1.2.1
VHDL简介.................................................................................................. 12
1.2.2
Verilog HDL关键语法.................................................................................. 18
1.2.3
HDL的编程技术.......................................................................................... 20
1.3 Quartus Ⅱ
13.0 EDA软件应用.......................................................................... 21
1.3.1
创建新工程................................................................................................. 23
1.3.2
建立原理图编辑文件................................................................................... 26
1.3.3
建立文本编辑文件....................................................................................... 40
1.3.4
建立存储器编辑文件................................................................................... 41
1.3.5
设计实例..................................................................................................... 45
1.3.6 项目综合..................................................................................................... 49
1.3.7
Quartus Ⅱ编译器选项设置.......................................................................... 50
1.3.8
引脚分配..................................................................................................... 57
1.3.9
项目编译结果分析....................................................................................... 59
1.3.10
项目程序下载编程..................................................................................... 61
1.4 ModelSim-Altera 10.1d简介................................................................................ 63
1.4.1
ModelSim软件架构..................................................................................... 63
1.4.2 ModelSim软件仿真应用实例....................................................................... 64
1.5 FPGA调试工具SignalTap Ⅱ应用...................................................................... 68
1.5.1
在设计中嵌入SignalTap Ⅱ逻辑分析仪........................................................ 68
1.5.2 使用SignalTap Ⅱ进行编程调试................................................................... 73
1.5.3 查看SignalTap Ⅱ调试波形.......................................................................... 74
第2章 基于FPGA的嵌入式开发工具......................................................................... 76
2.1 Qsys系统开发工具............................................................................................. 76
2.1.1
Qsys与SOPC简介....................................................................................... 76
2.1.2
Qsys系统主要界面...................................................................................... 77
2.2 Nios Ⅱ嵌入式软核及开发工具介绍................................................................... 82
2.2.1
Nios Ⅱ嵌入式处理器.................................................................................. 82
2.2.2
Nios Ⅱ嵌入式处理器软硬件开发流程.......................................................... 82
2.3 FPGA嵌入式系统设计实例................................................................................ 84
2.3.1
实例系统软硬件需求分析与设计规划........................................................... 84
2.3.2
实例系统硬件部分设计................................................................................ 86
2.3.3
实例系统Nios Ⅱ嵌入式软件设计.............................................................. 102
第3章 EDA初级实验............................................................................................... 114
3.1 流水灯实验...................................................................................................... 114
3.1.1
实验要求................................................................................................... 114
3.1.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 115
3.2 计时器实验...................................................................................................... 123
3.2.1
实验要求................................................................................................... 123
3.2.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 124
3.3 单稳态触发器实验........................................................................................... 130
3.3.1
实验要求................................................................................................... 130
3.3.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 130
3.4 脉宽调制(PWM)实验........................................................................................ 134
3.4.1 实验要求................................................................................................... 134
3.4.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 135
3.5 直接数字频率合成(DDS)波形发生器实验......................................................... 136
3.5.1
实验要求................................................................................................... 136
3.5.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 136
第4章 EDA中级实验............................................................................................... 141
4.1 呼吸流水灯实验............................................................................................... 141
4.1.1
实验要求................................................................................................... 141
4.1.2
实验基本要求的设计示例......................................................................... 141
4.2 通用异步串行收发(UART)实验......................................................................... 150
4.2.1
实验要求................................................................................................... 150
4.2.2
实验基本要求的设计示例........................................................................... 150
第5章 EDA提高实验............................................................................................... 162
5.1 VGA视频信号产生实验................................................................................... 162
5.1.1
设计原理................................................................................................... 162
5.1.2
VGA同步信号产生.................................................................................... 165
5.1.3
字符的视频显示设计.................................................................................. 169
5.1.4
跳动的矩形块视频显示设计....................................................................... 173
5.2 Qsys用户自定制外设实验................................................................................ 175
5.2.1
Qsys用户自定制元件说明.......................................................................... 175
5.2.2
Qsys自定义资源库组件实例—DDS信号产生模块...................................... 178
5.3 PS/2键盘接口的FPGA设计............................................................................. 192
5.3.1 PS/2连接器接口........................................................................................ 192
5.3.2 键盘扫描编码介绍..................................................................................... 192
5.3.3 PS/2串行数据传输..................................................................................... 194
5.3.4 用FPGA实现PS/2键盘接口通信的VHDL设计......................................... 196
5.3.5 PS/2设计实例............................................................................................ 198
第6章 EDA实验项目推荐........................................................................................ 200
6.1 自动售货机控制系统设计................................................................................. 200
6.1.1
设计要求................................................................................................... 200
6.1.2
设计分析................................................................................................... 200
6.2 PS/2键盘接口控制器设计................................................................................ 201
6.2.1
设计要求................................................................................................... 201
6.2.2
设计分析................................................................................................... 201
6.3 VGA图像显示控制系统设计............................................................................ 202
6.3.1
设计要求................................................................................................... 202
6.3.2
设计分析................................................................................................... 202
6.4 基于FPGA的电梯控制系统设计...................................................................... 204
6.4.1
设计要求................................................................................................... 204
6.4.2
设计分析................................................................................................... 204
6.5 洗衣机洗涤控制系统设计................................................................................. 205
6.5.1
设计要求................................................................................................... 205
6.5.2
设计分析................................................................................................... 205
6.6 基于FPGA的多路数据采集系统设计............................................................... 207
6.6.1
设计要求................................................................................................... 207
6.6.2
设计分析................................................................................................... 207
6.7 综合设计报告参考格式.................................................................................... 207
6.7.1
报告封面格式............................................................................................ 207
6.7.2
报告正文格式............................................................................................ 207
6.7.3
报告附录格式............................................................................................ 208
6.7.4
报告的其他部分格式.................................................................................. 208
附录............................................................................................................................ 209
附录1
Verilog HDL中常用运算符.......................................................................... 209
附录2 VHDL中常用运算符................................................................................... 210
附录3 DE0开发板引脚分配表............................................................................... 211
附录4 DE0开发板原理图...................................................................................... 214
参考文献..................................................................................................................... 232
