數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與Verilog HDL（數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與Verilog HDL）

內(nèi)容簡介

《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與VerilogHDL(第4版)》根據(jù)EDA課程教學(xué)要求，以提高數(shù)字設(shè)計能力為目的，系統(tǒng)闡述數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)知識，主要內(nèi)容包括EDA技術(shù)、FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述語言等。全書以QuartusⅡ、SynplifyPro軟件為平臺，以Verilog—1995和Verilog—2001語言標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以可綜合的設(shè)計為重點，通過大量經(jīng)過驗證的數(shù)字設(shè)計實例，系統(tǒng)闡述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法與技術(shù)，由淺入深地介紹Verilog工程開發(fā)的知識與技能。

圖書目錄

第1章 EDA技術(shù)概述1

1.1 EDA技術(shù)及其發(fā)展1

1.2 Top-down設(shè)計與IP核復(fù)用4

1.2.1 Top-down設(shè)計4

1.2.2 Bottom-up設(shè)計5

1.2.3 IP復(fù)用技術(shù)與SoC5

1.3 數(shù)字設(shè)計的流程7

1.3.1 設(shè)計輸入7

1.3.2 綜合9

1.3.3 布局布線9

1.3.4 仿真10

1.3.5 編程配置10

1.4 常用的EDA軟件工具10

1.5 EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢14

習(xí)題115

第2章 FPGA/CPLD器件16

2.1 PLD器件概述16

2.1.1 PLD器件的發(fā)展歷程16

2.1.2 PLD器件的分類17

2.2 PLD的基本原理與結(jié)構(gòu)19

2.2.1 PLD器件的基本結(jié)構(gòu)19

2.2.2 PLD電路的表示方法20

2.3 低密度PLD的原理與結(jié)構(gòu)21

2.4 CPLD的原理與結(jié)構(gòu)26

2.4.1 宏單元結(jié)構(gòu)26

2.4.2 典型CPLD的結(jié)構(gòu)27

2.5 FPGA的原理與結(jié)構(gòu)30

2.5.1 查找表結(jié)構(gòu)30

2.5.2 典型FPGA的結(jié)構(gòu)32

2.6 FPGA/CPLD的編程元件37

2.7 邊界掃描測試技術(shù)41

2.8 FPGA/CPLD的編程與配置43

2.8.1 在系統(tǒng)可編程43

2.8.2 CPLD器件的編程44

2.8.3 FPGA器件的配置44

2.9 FPGA/CPLD器件概述50

2.10 FPGA/CPLD的發(fā)展趨勢54

習(xí)題255

第3章 Quartus Ⅱ集成開發(fā)工具56

3.1 Quartus Ⅱ原理圖設(shè)計56

3.1.1 半加器原理圖設(shè)計輸入56

3.1.2 編譯與仿真60

3.1.3 1位全加器編譯與仿真64

3.2 Quartus Ⅱ的優(yōu)化設(shè)置65

3.2.1 分析與綜合設(shè)置65

3.2.2 優(yōu)化布局布線67

3.2.3 設(shè)計可靠性檢查72

3.3 Quartus Ⅱ的時序分析73

3.3.1 時序設(shè)置與分析73

3.3.2 時序逼近75

3.4 基于宏功能模塊的設(shè)計77

3.4.1 乘法器模塊77

3.4.2 除法器模塊81

3.4.3 計數(shù)器模塊83

3.4.4 常數(shù)模塊85

3.4.5 鎖相環(huán)模塊86

3.4.6 存儲器模塊89

3.4.7 其他模塊93

習(xí)題396

第4章 Verilog設(shè)計初步102

4.1 Verilog簡介102

4.2 Verilog模塊的結(jié)構(gòu)103

4.3 Verilog基本組合電路設(shè)計107

4.3.1 用Verilog設(shè)計基本組合電路107

4.3.2 用Verilog設(shè)計加法器107

4.4 Verilog基本時序電路設(shè)計110

4.4.1 用Verilog設(shè)計觸發(fā)器110

4.4.2 用Verilog設(shè)計計數(shù)器111

4.5 Synplify Pro綜合器113

4.6 Synplify綜合器118

習(xí)題4120

第5章 Verilog語法與要素121

5.1 Verilog語言要素121

5.2 常量122

5.2.1 整數(shù)（Integer）122

5.2.2 實數(shù)（Real）124

5.2.3 字符串（Strings）124

5.3 數(shù)據(jù)類型125

5.3.1 net型125

5.3.2 variable型126

5.4 參數(shù)128

5.5 向量130

5.6 運算符132

習(xí)題5136

第6章 Verilog行為語句137

6.1 過程語句137

6.1.1 always過程語句138

6.1.2 initial過程語句141

6.2 塊語句142

6.2.1 串行塊begin-end142

6.2.2 并行塊fork-join143

6.3 賦值語句144

6.3.1 持續(xù)賦值與過程賦值144

6.3.2 阻塞賦值與非阻塞賦值145

6.4 條件語句146

6.4.1 if-else語句147

6.4.2 case語句148

6.5 循環(huán)語句152

6.5.1 for語句153

6.5.2 repeat、while、forever語句154

6.6 編譯指示語句156

6.7 任務(wù)與函數(shù)157

6.7.1 任務(wù)（task）157

6.7.2 函數(shù)（function）160

6.8 順序執(zhí)行與并發(fā)執(zhí)行163

習(xí)題6164

第7章 Verilog設(shè)計的層次與風(fēng)格166

7.1 Verilog設(shè)計的層次166

7.2 門級結(jié)構(gòu)描述166

7.2.1 Verilog HDL內(nèi)置門元件167

7.2.2 門級結(jié)構(gòu)描述169

7.3 行為描述170

7.4 數(shù)據(jù)流描述171

7.5 不同描述風(fēng)格的設(shè)計172

7.5.1 半加器設(shè)計172

7.5.2 1位全加器設(shè)計173

7.5.3 4位加法器設(shè)計175

7.6 多層次結(jié)構(gòu)電路的設(shè)計176

7.7 基本組合電路設(shè)計178

7.7.1 門電路178

7.7.2 編譯碼器178

7.7.3 其他組合電路180

7.8 基本時序電路設(shè)計181

7.8.1 觸發(fā)器181

7.8.2 鎖存器與寄存器181

7.8.3 計數(shù)器與串并轉(zhuǎn)換器183

7.8.4 簡易微處理器184

7.9 三態(tài)邏輯設(shè)計186

7.10 RAM存儲器設(shè)計188

7.11 FIFO緩存器設(shè)計190

7.11.1 用參數(shù)化模塊庫定制FIFO191

7.11.2 用Verilog描述FIFO193

習(xí)題7194

第8章 Verilog有限狀態(tài)機設(shè)計195

8.1 有限狀態(tài)機195

8.2 有限狀態(tài)機的Verilog描述197

8.2.1 用三個過程進行描述198

8.2.2 用兩個過程描述199

8.2.3 單過程描述方式201

8.3 狀態(tài)編碼203

8.3.1 常用的編碼方式203

8.3.2 狀態(tài)編碼的定義207

8.4 有限狀態(tài)機設(shè)計要點209

8.4.1 復(fù)位和起始狀態(tài)的選擇209

8.4.2 多余狀態(tài)的處理209

8.5 用狀態(tài)機設(shè)計流水燈211

8.6 狀態(tài)機A/D采樣控制電路212

習(xí)題8214

第9章 Verilog設(shè)計進階215

9.1 加法器設(shè)計215

9.1.1 級連加法器215

9.1.2 數(shù)據(jù)流描述的加法器216

9.1.3 超前進位加法器217

9.1.4 流水線加法器218

9.2 乘法器設(shè)計219

9.2.1 并行乘法器219

9.2.2 移位相加乘法器221

9.2.3 加法樹乘法器224

9.2.4 查找表乘法器225

9.3 乘累加器225

9.4 奇數(shù)分頻與小數(shù)分頻227

9.4.1 奇數(shù)分頻227

9.4.2 半整數(shù)分頻與小數(shù)分頻228

9.5 數(shù)字跑表231

9.6 實用多功能數(shù)字鐘234

9.7 字符液晶顯示控制243

9.7.1 字符液晶H1602B243

9.7.2 用狀態(tài)機實現(xiàn)字符顯示控制246

9.8 VGA圖像的顯示與控制250

9.8.1 DE2-70的VGA顯示電路250

9.8.2 VGA圖像顯示原理與時序251

9.8.3 VGA圖像顯示與控制的實現(xiàn)254

9.9 點陣式液晶顯示控制259

9.10 樂曲演奏電路264

9.11 異步串行接口（UART）設(shè)計270

9.11.1 UART傳輸協(xié)議270

9.11.2 UART接口設(shè)計271

習(xí)題9275

第10章 Verilog設(shè)計的優(yōu)化278

10.1 設(shè)計的可綜合性278

10.2 流水線設(shè)計技術(shù)280

10.3 資源共享284

10.4 過程286

10.5 阻塞賦值與非阻塞賦值288

10.6 FPGA設(shè)計中毛刺的消除292

習(xí)題10294

第11章 Verilog仿真與驗證295

11.1 系統(tǒng)任務(wù)與系統(tǒng)函數(shù)295

11.2 用戶自定義元件299

11.2.1 組合電路UDP元件300

11.2.2 時序邏輯UDP元件302

11.3 延時模型的表示304

11.3.1 時間標(biāo)尺定義`timescale304

11.3.2 延時的表示與延時說明塊305

11.4 測試平臺306

11.5 ModelSim仿真實例309

11.5.1 圖形界面仿真方式310

11.5.2 命令行仿真方式314

11.6 數(shù)字電路的仿真315

11.6.1 組合電路的仿真315

11.6.2 時序電路的仿真317

習(xí)題11318

第12章 Verilog語言的發(fā)展319

12.1 Verilog-2001語法結(jié)構(gòu)319

12.1.1 語法結(jié)構(gòu)的擴展與增強319

12.1.2 設(shè)計管理325

12.1.3 系統(tǒng)任務(wù)和系統(tǒng)函數(shù)的擴展327

12.1.4 VCD文件的擴展330

12.2 Verilog-2002語法結(jié)構(gòu)331

12.2.1 硬件單元建模332

12.2.2 屬性335

12.2.3 編程語言接口339

習(xí)題12340

第13章 通信與信號處理設(shè)計實例341

13.1 m序列發(fā)生器341

13.1.1 m序列的原理與性質(zhì)341

13.1.2 m序列產(chǎn)生器設(shè)計343

13.2 Gold碼345

13.2.1 Gold碼的原理與性質(zhì)345

13.2.2 Gold碼產(chǎn)生器設(shè)計346

13.3 CRC校驗碼348

13.4 FSK解調(diào)350

13.5 數(shù)字過零檢測與等精度頻率測量352

13.5.1 數(shù)字過零檢測法353

13.5.2 等精度頻率測量354

13.6 QPSK調(diào)制器的FPGA實現(xiàn)357

13.7 FIR數(shù)字濾波器360

13.8 FPGA信號處理基礎(chǔ)及浮點計算實例364

13.8.1 定點數(shù)的表示法364

13.8.2 浮點數(shù)的表示法365

13.8.3 定點數(shù)到浮點數(shù)的格式轉(zhuǎn)換367

13.8.4 浮點數(shù)乘法369

13.8.5 浮點數(shù)加法372

13.8.6 浮點數(shù)除法375

習(xí)題13377

附錄A Verilog HDL（IEEE Std 1364-1995）關(guān)鍵字378

附錄B Verilog HDL（IEEE Std 1364-2001）關(guān)鍵字379

附錄C DE2系統(tǒng)介紹380

附錄D DE2-70系統(tǒng)介紹386

附錄E 有關(guān)術(shù)語與縮略語393

參考文獻398