《數字電路與系統教學實驗教程》介紹了EDA和FPGA的相關基礎知識，重點介紹了在寬頻無線多媒體教學平台上如何用Altera的工具做電路與系統的設計。全書提供了近20個教學實驗的例子，引領讀者一步一步、由淺入深地使用FPGA實現電路與系統的設計。為了方便教學，隨教學平台提供配套光碟。《數字電路與系統教學實驗教程》可以作為通信、信息、計算機、人工智慧、光機電一體化、圖像和工業自動化類專業專、本科生及研究生數字電路與系統、信號處理、計算機接口和編程設計語言、多媒體、通信及IC設計等課程的教學實驗用書，還可以作為電子技能大賽的指導用書。
基本介紹
- 書名：數字電路與系統教學實驗教程
- 出版社：科學出版社
- 頁數：251頁
- 開本：16
- 作者：周祖成 程曉軍
- 出版日期：2010年8月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7030286375, 9787030286376
內容簡介,圖書目錄,序言,
內容簡介
《數字電路與系統教學實驗教程》：信息與電子技術類系列教材,普通高等教育“十二五”規劃教材
圖書目錄
基礎篇
第1章 EDA技術及其發展
1.1 積體電路產業基本規律
1.2 EDA產業的歷史
1.2.1 計算機輔助設計階段
1.2.2 計算機輔助工程階段
1.2.3 電子設計自動化階段
1.3 EDA工具的分類
1.3.1 電路設計與仿真工具
1.3.2 PCB設計軟體
1.3.3 IC設計軟體
1.3.4 FPGA設計工具
1.4 主要硬體描述語言
1.4.1 VHDL
1.4.2 VerilogHDL
1.4.3 SystemVerilog
1.4.4 SystemC
1.4.5 VHDL和VerilogHDL的比較
1.4.6 SystemC和SystemVerilog的比較
1.5 積體電路設計方法學
1.5.1 片上系統的概念
1.5.2 可程式片上系統的概念
1.5.3 片上系統設計方法學的概念
1.5.4 軟硬體協同設計方法
1.5.5 基於虛擬原型的設計方法
1.5.6 IP核及lP復用
小結
第2章 可程式邏輯器件的發展及原理
2.1 可程式邏輯器件結構剖析
2.1.1 簡單PLD的“與”陣列、“或”陣列平面結構
2.1.2 帶宏單元的複雜可程式邏輯器件
2.1.3 FPGA
2.2 可程式邏輯器件的編程原理
2.2.1 熔絲型編程
2.2.2 反熔絲型編程
2.2.3 SRAM編程
2.2.4 EPROM編程
2.2.5 E2pROM編程
2.2.6 FPGA的發展趨勢
2.3 Altera，CycloneⅡ簡介
2.3.1 Altera公司的可編輯邏輯器件
2.3.2 CycloneⅡ的總體結構
2.3.3 LE結構
2_3.4 LAB結構
2.3.5 全局時鐘網路
2.3.6 DSP結構
小結
第3章 綜合工具QuartusⅡ的使用
3.1 工程建立
3.2 建立設計
3.3 分析與綜合
3.4 引腳分配
3.5 程式下載
3.6 SigranlTapⅡ的使用
小結
第4章 仿真工具ModeISim的使用
4.1 ModelSim仿真過程
4.2 加入Altera器件的仿真庫
小結
第5章 TE3無線多媒體教學平台簡介
5.1 概述
5.2 核心板
5.2.1 主要特性
5.2.2 核心板的主要器件
5.2.3 套用領域
5.3 擴展板
5.3.1 主要特性
5.3.2 主要器件及接口
5.3.3 套用領域
實驗篇
第6章 LED實驗
6.1 實驗內容
6.2 實驗原理
6.3 程式設計
6.4 仿真結果
6.5 演示程式檔案說明
6.6 演示程式使用
第7章 脈衝發生器實驗
7.1 實驗內容
7.2 實驗原理
7.3 程式設計
7.4 仿真結果
7.5 運行結果
7.6 演示程式檔案說明
7.7 演示程式使用
第8章 脈寬調製(PWM)實驗
8.1 實驗內容
8.2 實驗原理
8.3 程式設計
8.3.1 總體架構
8.3.2 PWM—Basic模組
8.3.3 PWM—Controller模組
8.4 程式仿真
8.5 演示程式檔案說明
8.6 演示程式使用?
8.7 實驗中注意的問題
第9章 波形發生器實驗
9.1 實驗內容
9.2 實驗原理
9.3 實驗設計
9.3.1 程式架構
9.3.2 sinewave模組
9.4 運行結果
9.5 演示程式檔案說明
9.6 演示程式使用
第10章 鍵盤掃描及數碼管顯示實驗
10.1 實驗內容
10.2 實驗原理
10.2.1 4X4掃描鍵盤原理
10.2.2 八段數碼管顯示原理
10.3 程式設計
10.3.1 總體架構
10.3.2 keyscan模組
lO.3.3 scanclk模組
10.3.4 scan模組
10.3.5 data2模組
10.3.6 disp模組
10.4 仿真結果
10.5 運行結果
10.6 演示程式檔案說明
10.7 演示程式使用
第11章 計算器實驗
11.1 實驗內容
11.2 實驗原理
11.3 實驗設計
11.3.1 總體架構
I1.3.2 datain模組
11.3.3 calculate模組
11.4 仿真結果
11.5 演示程式檔案說明
11.6 演示程式使用
第12章 數字鐘實驗
12.1 實驗內容
12.2 實驗原理
12.3 實驗設計
12.3.1 總體架構
12.3.2 digitalcllk模組
12.3.3 onesee模組
12.3.4 tinleset模組
12.3.5 tee模組
12.4 仿真結果
12.5 演示程式檔案說明
12.6 演示程式使用
……
附錄
第1章 EDA技術及其發展
1.1 積體電路產業基本規律
1.2 EDA產業的歷史
1.2.1 計算機輔助設計階段
1.2.2 計算機輔助工程階段
1.2.3 電子設計自動化階段
1.3 EDA工具的分類
1.3.1 電路設計與仿真工具
1.3.2 PCB設計軟體
1.3.3 IC設計軟體
1.3.4 FPGA設計工具
1.4 主要硬體描述語言
1.4.1 VHDL
1.4.2 VerilogHDL
1.4.3 SystemVerilog
1.4.4 SystemC
1.4.5 VHDL和VerilogHDL的比較
1.4.6 SystemC和SystemVerilog的比較
1.5 積體電路設計方法學
1.5.1 片上系統的概念
1.5.2 可程式片上系統的概念
1.5.3 片上系統設計方法學的概念
1.5.4 軟硬體協同設計方法
1.5.5 基於虛擬原型的設計方法
1.5.6 IP核及lP復用
小結
第2章 可程式邏輯器件的發展及原理
2.1 可程式邏輯器件結構剖析
2.1.1 簡單PLD的“與”陣列、“或”陣列平面結構
2.1.2 帶宏單元的複雜可程式邏輯器件
2.1.3 FPGA
2.2 可程式邏輯器件的編程原理
2.2.1 熔絲型編程
2.2.2 反熔絲型編程
2.2.3 SRAM編程
2.2.4 EPROM編程
2.2.5 E2pROM編程
2.2.6 FPGA的發展趨勢
2.3 Altera，CycloneⅡ簡介
2.3.1 Altera公司的可編輯邏輯器件
2.3.2 CycloneⅡ的總體結構
2.3.3 LE結構
2_3.4 LAB結構
2.3.5 全局時鐘網路
2.3.6 DSP結構
小結
第3章 綜合工具QuartusⅡ的使用
3.1 工程建立
3.2 建立設計
3.3 分析與綜合
3.4 引腳分配
3.5 程式下載
3.6 SigranlTapⅡ的使用
小結
第4章 仿真工具ModeISim的使用
4.1 ModelSim仿真過程
4.2 加入Altera器件的仿真庫
小結
第5章 TE3無線多媒體教學平台簡介
5.1 概述
5.2 核心板
5.2.1 主要特性
5.2.2 核心板的主要器件
5.2.3 套用領域
5.3 擴展板
5.3.1 主要特性
5.3.2 主要器件及接口
5.3.3 套用領域
實驗篇
第6章 LED實驗
6.1 實驗內容
6.2 實驗原理
6.3 程式設計
6.4 仿真結果
6.5 演示程式檔案說明
6.6 演示程式使用
第7章 脈衝發生器實驗
7.1 實驗內容
7.2 實驗原理
7.3 程式設計
7.4 仿真結果
7.5 運行結果
7.6 演示程式檔案說明
7.7 演示程式使用
第8章 脈寬調製(PWM)實驗
8.1 實驗內容
8.2 實驗原理
8.3 程式設計
8.3.1 總體架構
8.3.2 PWM—Basic模組
8.3.3 PWM—Controller模組
8.4 程式仿真
8.5 演示程式檔案說明
8.6 演示程式使用?
8.7 實驗中注意的問題
第9章 波形發生器實驗
9.1 實驗內容
9.2 實驗原理
9.3 實驗設計
9.3.1 程式架構
9.3.2 sinewave模組
9.4 運行結果
9.5 演示程式檔案說明
9.6 演示程式使用
第10章 鍵盤掃描及數碼管顯示實驗
10.1 實驗內容
10.2 實驗原理
10.2.1 4X4掃描鍵盤原理
10.2.2 八段數碼管顯示原理
10.3 程式設計
10.3.1 總體架構
10.3.2 keyscan模組
lO.3.3 scanclk模組
10.3.4 scan模組
10.3.5 data2模組
10.3.6 disp模組
10.4 仿真結果
10.5 運行結果
10.6 演示程式檔案說明
10.7 演示程式使用
第11章 計算器實驗
11.1 實驗內容
11.2 實驗原理
11.3 實驗設計
11.3.1 總體架構
I1.3.2 datain模組
11.3.3 calculate模組
11.4 仿真結果
11.5 演示程式檔案說明
11.6 演示程式使用
第12章 數字鐘實驗
12.1 實驗內容
12.2 實驗原理
12.3 實驗設計
12.3.1 總體架構
12.3.2 digitalcllk模組
12.3.3 onesee模組
12.3.4 tinleset模組
12.3.5 tee模組
12.4 仿真結果
12.5 演示程式檔案說明
12.6 演示程式使用
……
附錄
序言
自1985年問世以來，經過25年的歷程，FPGA在電子設計領域扮演著越來越重要的角色，越來越多的電子系統設計師不得不對它刮目相看。這是因為它的確具有很多不可替代的優點。
1）FPGA的可程式性是與生俱來的，它推動了可重配置的電子設計，使硬體設計編程化，導致了電子設計的軟、硬體協調和並行，極大地提高了設計效率並減少了資源占用。
2）和ASIC相比，FPGA在開發成本、工具成本和開發效率方面具有絕對的優勢，其開發時間比ASIC平均少55%，所以近三年用ASCI設計的電子系統下降了50%。從只用於原型設計，到代替定製晶片，FPGA市場更多轉向ASIC的傳統市場（消費電子、汽車電子、數據處理和工業產品）。很多系統設計都以FPGA為中心來進行，FPGA已經從配角成為了主角。
3）從1990到2010年，FPGA的價格下降為原先的0.04%，集成度提高了1000倍，功耗降低為原先的0.4%，速度提高了200倍。
在全球市場，Altera公司和Xilinx公司的FPGA出貨量占了總出貨量的80%。而在歐洲、亞洲尤其是中國市場，Altera的.FPGA占了主導地位。從2000年Altera在中國加速推進“大學計畫”以來，Altera在高校成立了近100所聯合實驗室，促成了Altera的FPGA和相關開發工具的普及。這種形勢下，為了幫助更多的大學生、研究生和工程技術人員更普遍地使用Altera的FGPA和相關工具做電子設計，我們開發了一款寬頻無線多媒體教學平台。
寬頻無線多媒體教學平台是針對大學和研究機構推出的用於教學與科研的FPGA開發平台。靈活、可靠的外圍接口為用戶提供豐富、方便的外設連線，幫助用戶迅速地理解和掌握數字電路及SoC設計的基礎知識。高速數字、模擬接口和觸摸彩屏的輸出，為無線寬頻多媒體通信系統的驗證和手機與數位電視的研發人員提供了一個基礎的設計平台。
1）FPGA的可程式性是與生俱來的，它推動了可重配置的電子設計，使硬體設計編程化，導致了電子設計的軟、硬體協調和並行，極大地提高了設計效率並減少了資源占用。
2）和ASIC相比，FPGA在開發成本、工具成本和開發效率方面具有絕對的優勢，其開發時間比ASIC平均少55%，所以近三年用ASCI設計的電子系統下降了50%。從只用於原型設計，到代替定製晶片，FPGA市場更多轉向ASIC的傳統市場（消費電子、汽車電子、數據處理和工業產品）。很多系統設計都以FPGA為中心來進行，FPGA已經從配角成為了主角。
3）從1990到2010年，FPGA的價格下降為原先的0.04%，集成度提高了1000倍，功耗降低為原先的0.4%，速度提高了200倍。
在全球市場，Altera公司和Xilinx公司的FPGA出貨量占了總出貨量的80%。而在歐洲、亞洲尤其是中國市場，Altera的.FPGA占了主導地位。從2000年Altera在中國加速推進“大學計畫”以來，Altera在高校成立了近100所聯合實驗室，促成了Altera的FPGA和相關開發工具的普及。這種形勢下，為了幫助更多的大學生、研究生和工程技術人員更普遍地使用Altera的FGPA和相關工具做電子設計，我們開發了一款寬頻無線多媒體教學平台。
寬頻無線多媒體教學平台是針對大學和研究機構推出的用於教學與科研的FPGA開發平台。靈活、可靠的外圍接口為用戶提供豐富、方便的外設連線，幫助用戶迅速地理解和掌握數字電路及SoC設計的基礎知識。高速數字、模擬接口和觸摸彩屏的輸出，為無線寬頻多媒體通信系統的驗證和手機與數位電視的研發人員提供了一個基礎的設計平台。
