基于Altera FPGA/CPLD的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐

第1章 可編程邏輯器件 1
1.1 可編程邏輯器件的發(fā)展歷程 1
1.2 Altera CPLD/FPGA 3
1.2.1 MAX系列 3
1.2.2 Cyclone器件系列——低成本的FPGA 4
1.2.3 Arria系列——高性價(jià)比FPGA 11
1.2.4 Stratix系列——高端FPGA 12
第2章 Quartus II 8.1軟件應(yīng)用基礎(chǔ) 15
2.1 Quartus II概述 15
2.2 Quartus II特性 16
2.2.1 Quartus II 7.2軟件特性 16
2.2.2 Quartus II 8.0的特點(diǎn) 17
2.2.3 Quartus II 8.0訂購(gòu)版和網(wǎng)絡(luò)版軟件的區(qū)別 18
2.2.4 Quartus II 8.1的特點(diǎn) 20
2.3 Quartus II 8.1軟件系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行 21
2.3.1 Quartus II 8.1軟件系統(tǒng)配置 21
2.3.2 安裝過(guò)程 22
2.3.3 啟動(dòng)運(yùn)行和許可文件安裝 26
2.4 Quartus II 8.1軟件系統(tǒng)的用戶界面 28
2.4.1 標(biāo)題欄 29
2.4.2 菜單欄 29
2.4.3 工具欄 33
2.4.4 工程導(dǎo)航器 33
2.4.5 狀態(tài)顯示窗口 33
2.4.6 消息顯示窗口 33
2.4.7 工程工作區(qū) 33
2.5 Quartus II軟件設(shè)計(jì)流程及方法 34
2.5.1 設(shè)計(jì)流程 34
2.5.2 設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)規(guī)劃 37
第3章 VHDL編程基礎(chǔ) 39
3.1 VHDL語(yǔ)言基本要素 39
3.1.1 文字規(guī)則 39
3.1.2 數(shù)據(jù)對(duì)象與數(shù)據(jù)類型 42
3.1.3 運(yùn)算操作符與表達(dá)式 57
3.2 VHDL語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu) 61
3.2.1 基本結(jié)構(gòu) 61
3.2.2 實(shí)體 62
3.2.3 結(jié)構(gòu)體 64
3.2.4 庫(kù)和程序包 65
3.3 VHDL語(yǔ)言的基本語(yǔ)句 68
3.3.1 順序語(yǔ)句 68
3.3.2 并行語(yǔ)句 80
3.3.3 屬性定義與描述 92
3.4 VHDL語(yǔ)言的描述風(fēng)格 95
3.4.1 行為描述風(fēng)格 95
3.4.2 數(shù)據(jù)流描述風(fēng)格 97
3.4.3 結(jié)構(gòu)描述風(fēng)格 98
3.4.4 混合描述風(fēng)格 99
第4章 Quartus II工程設(shè)計(jì) 101
4.1 基于原理圖的工程設(shè)計(jì) 101
4.2 基于VHDL語(yǔ)言的文本工程設(shè)計(jì) 121
4.3 基于狀態(tài)機(jī)的工程設(shè)計(jì) 133
4.4 基于LPM宏功能模塊的工程設(shè)計(jì) 141
4.5 基于混合模式的工程設(shè)計(jì) 152
第5章 FPGA工程經(jīng)典模塊實(shí)戰(zhàn) 161
5.1 分頻器的設(shè)計(jì) 161
5.1.1 二進(jìn)制分頻器設(shè)計(jì) 161
5.1.2 偶數(shù)次分頻器設(shè)計(jì) 163
5.1.3 奇數(shù)次分頻器設(shè)計(jì) 164
5.1.4 占空比可調(diào)的分頻器設(shè)計(jì) 167
5.1.5 小數(shù)分頻器設(shè)計(jì) 169
5.2 序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì) 171
5.2.1 設(shè)計(jì)原理 171
5.2.2 VHDL源程序 171
5.2.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 173
5.2.4 時(shí)序仿真結(jié)果 173
5.3 交通控制器的設(shè)計(jì) 178
5.3.1 設(shè)計(jì)原理 178
5.3.2 VHDL源程序 179
5.3.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 180
5.3.4 功能仿真結(jié)果 180
5.4 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 181
5.4.1 設(shè)計(jì)原理 181
5.4.2 VHDL源程序 181
5.4.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 182
5.4.4 時(shí)序仿真結(jié)果 182
5.5 LED分位譯碼電路的設(shè)計(jì) 184
5.5.1 設(shè)計(jì)原理 184
5.5.2 VHDL源程序 184
5.5.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 186
5.5.4 時(shí)序仿真圖 186
5.6 同步整形電路的設(shè)計(jì) 187
5.6.1 設(shè)計(jì)原理 187
5.6.2 VHDL源程序 188
5.6.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 189
5.6.4 時(shí)序仿真圖 189
第6章 基于FPGA的單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)實(shí)例 192
6.1 去抖動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 192
6.1.1 設(shè)計(jì)原理 192
6.1.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 192
6.1.3 去抖動(dòng)電路的VHDL源程序 193
6.1.4 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 194
6.1.5 時(shí)序仿真結(jié)果 194
6.2 4×4矩陣鍵盤的設(shè)計(jì) 195
6.2.1 設(shè)計(jì)原理 196
6.2.2 VHDL源程序 197
6.2.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 199
6.2.4 時(shí)序仿真圖 199
6.3 并行ADC0809控制模塊的設(shè)計(jì) 199
6.3.1 設(shè)計(jì)原理 200
6.3.2 ADC0809控制模塊的VHDL源程序 201
6.3.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 203
6.3.4 時(shí)序仿真結(jié)果 204
6.4 串行DA TLC5615控制模塊設(shè)計(jì) 204
6.4.1 設(shè)計(jì)原理 205
6.4.2 VHDL源程序 206
6.4.3 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 209
6.4.4 時(shí)序仿真圖 209
6.5 UART控制器的設(shè)計(jì) 210
6.5.1 UART實(shí)現(xiàn)原理 210
6.5.2 UART各模塊實(shí)現(xiàn) 211
6.6 步進(jìn)電機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì) 217
6.6.1 設(shè)計(jì)原理 217
6.6.2 控制換相順序 217
6.6.3 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 217
6.6.4 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 217
6.6.5 設(shè)計(jì)方框圖 218
6.6.6 VHDL源程序 218
6.6.7 元件符號(hào)及端口說(shuō)明 219
6.6.8 時(shí)序仿真結(jié)果 220
6.7 4位簡(jiǎn)單微處理器的設(shè)計(jì) 220
6.7.1 設(shè)計(jì)原理 220
6.7.2 各模塊設(shè)計(jì) 222
第7章 電子設(shè)計(jì)大賽實(shí)例——基于DDS的正弦信號(hào)發(fā)生器 229
7.1 DDS工作原理 229
7.2 DDS基本結(jié)構(gòu) 231
7.3 DDS設(shè)計(jì)思路 231
7.4 DDS正弦波發(fā)生器設(shè)計(jì) 232
7.5 圖解DDS實(shí)現(xiàn)過(guò)程 233
7.5.1 創(chuàng)建工程 233
7.5.2 新建VHDL源文件 236
7.5.3 編寫VHDL源程序 237
7.5.4 工程編譯 237
7.5.5 ROM定制 239
7.5.6 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真 245
7.5.7 引腳鎖定和下載 248
7.6 總結(jié)提高 249
7.6.1 LPM 249
7.6.2 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 250
第8章 基于FPGA的視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì) 252
8.1 系統(tǒng)分析和模塊劃分 252
8.2 I2C控制模塊 254
8.2.1 I2C總線時(shí)序描述 254
8.2.2 I2C模塊設(shè)計(jì) 256
8.2.3 I2C模塊仿真結(jié)果 258
8.3 異步FIFO模塊 258
8.3.1 FIFO概述 258
8.3.2 異步FIFO模塊設(shè)計(jì) 259
8.3.3 仿真結(jié)果說(shuō)明 262
8.4 SDRAM控制模塊 263
8.4.1 SDRAM概述 263
8.4.2 SDRAM控制器總體設(shè)計(jì) 264
8.4.3 SDRAM系統(tǒng)控制接口子模塊設(shè)計(jì) 265
8.4.4 CMD命令解析和命令響應(yīng)子模塊 268
8.4.5 數(shù)據(jù)通路子模塊 276
8.4.6 SDRAM控制器頂層模塊 277
8.4.7 仿真結(jié)果 284
8.5 VGA顯示控制模塊 285
8.5.1 VGA概述 285
8.5.2 VGA的時(shí)序 285
8.5.3 VGA控制模塊設(shè)計(jì) 286
8.5.4 時(shí)序仿真 288
8.6 系統(tǒng)小結(jié) 288
第9章 RoboCup大賽實(shí)踐——輪系碼盤反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì) 289
9.1 足球機(jī)器人比賽概述 289
9.1.1 RoboCup聯(lián)合會(huì) 289
9.1.2 FIRA聯(lián)合會(huì) 289
9.1.3 機(jī)器人總體結(jié)構(gòu) 290
9.1.4 中型機(jī)器人技術(shù)要求 291
9.2 輪系碼盤工作特點(diǎn) 293
9.3 光電碼盤工作原理 294
9.4 碼盤抗抖電路設(shè)計(jì) 296
9.4.1 抖動(dòng)原因 296
9.4.2 抗抖計(jì)數(shù)硬件設(shè)計(jì) 296
9.4.3 抗抖電路工作分析 297
9.5 鑒相模塊設(shè)計(jì) 298
9.6 測(cè)速模塊設(shè)計(jì) 299
9.6.1 測(cè)速工作原理 299
9.6.2 測(cè)速模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 301
第10章 Nios快速體驗(yàn)——直接用FPGA實(shí)現(xiàn)32位CPU 304
10.1 什么是SoPC和Nios 304
10.1.1 SoPC技術(shù) 304
10.1.2 什么是Nios軟核 305
10.2 所需軟件的安裝與配置 306
10.2.1 支持軟件說(shuō)明 307
10.2.2 Nios II IDE安裝說(shuō)明 308
10.3 先用為快——設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)試的Nios最小系統(tǒng) 311
10.3.1 新建一個(gè)工程 311
10.3.2 系統(tǒng)管腳分配 313
10.3.3 定制一個(gè)簡(jiǎn)單的32位處理器 314
10.3.4 在工程中使用Nios最小系統(tǒng) 321
10.3.5 選擇C/C++語(yǔ)言編寫Nios II應(yīng)用程序 322
10.3.6 編譯整個(gè)項(xiàng)目 324
10.3.7 下載與測(cè)試 325
10.4 Nios聯(lián)機(jī)調(diào)試技巧 326
10.5 SoPC Builder設(shè)置詳解 328
10.5.1 SoPC Builder主界面說(shuō)明 328
10.5.2 CPU設(shè)置 329
10.5.3 On-Chip Memory配置 329
10.5.4 Flash Memory配置 330
10.5.5 基本I/O配置 330
10.5.6 UART串行通信接口配置 331
10.5.7 Interval Timer配置 332
10.5.8 Avalon三態(tài)總線配置 332
10.5.9 Nios系統(tǒng)地址分配配置 333
10.6 Nios系統(tǒng)的開發(fā)流程 334
10.7 跟我實(shí)踐 335
第11章 DSP Builder設(shè)計(jì)應(yīng)用 337
11.1 DSP Builder及其使用方法介紹 337
11.1.1 概述 337
11.1.2 設(shè)計(jì)流程 338
11.1.3 DSP Builder的安裝與使用 340
11.2 DSP Builder設(shè)計(jì)入門 342
11.2.1 建立調(diào)幅模塊電路模型 342
11.2.2 Simulink仿真電路模型 355
11.2.3 編譯以及配置下載 356
11.2.4 利用ModelSim進(jìn)行RTL級(jí)仿真 365
11.2.5 在Quartus II工程文件中應(yīng)用設(shè)計(jì)模型 369
11.3 FIR濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 371
11.3.1 FIR數(shù)字濾波器概述 371
11.3.2 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法 372
11.3.3 FIR數(shù)字濾波器的DSP Builder設(shè)計(jì) 372
11.3.4 FIR數(shù)字濾波器的編譯以及ModelSim仿真 376
第12章 經(jīng)典第三方工具介紹與實(shí)踐 378
12.1 經(jīng)典綜合工具——Synplify Pro 378
12.1.1 Synplify Pro 8.1介紹 378
12.1.2 Synplify Pro 8.1安裝 379
12.1.3 使用方法1——Synplify Pro 8.1調(diào)用Quartus II 383
12.1.4 使用方法2——Quartus II調(diào)用Synplify Pro 8.1 387
12.1.5 綜合實(shí)踐舉例 389
12.2 經(jīng)典仿真工具——ModelSim 392
12.2.1 ModelSim介紹 392
12.2.2 ModelSim軟件安裝 394
12.2.3 ModelSim使用舉例 399
參考文獻(xiàn) 404