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第1章 FPGA及其硬件描述语言VHDL1

1.1 FPGA简介1

1.2 VHDL程序的特点1

1.3 VHDL程序的基本结构2

1.3.1 库说明3

1.3.2 实体说明4

1.3.3 结构体说明5

1.4 VHDL的数据5

1.4.1 基本标识符5

1.4.2 数据对象6

1.4.3 数据类型7

1.5 VHDL的表达式10

1.5.1 逻辑运算符10

1.5.2 算术运算符10

1.5.3 关系运算符11

1.5.4 并置运算符12

1.5.5 操作符的运算优先级12

第2章 VHDL的顺序描述语句14

2.1 信号赋值语句和变量赋值语句14

2.2 if语句14

2.3 case语句17

2.4 for loop循环语句19

2.5 null语句20

第3章 VHDL的并行描述语句22

3.1 进程语句22

3.1.1 进程语句的敏感信号表22

3.1.2 进程语句的启动23

3.1.3 进程语句的同步23

3.2 并发信号赋值语句25

3.3 条件信号赋值语句26

3.4 选择信号赋值语句28

3.5 元件例化语句30

3.6 生成语句33

第4章 VHDL中时钟信号及复位信号的描述方法37

4.1 时钟信号的VHDL描述方法37

4.1.1 时钟边沿的描述37

4.1.2 时序电路中的进程敏感信号38

4.2 时序电路中复位信号的VHDL描述方法39

4.2.1 同步复位39

4.2.2 异步复位40

第5章 用VHDL设计有限状态机41

5.1 有限状态机的基本概念41

5.2 Moore型有限状态机的设计实例42

5.2.1 存储控制器的三进程描述方式43

5.2.2 存储控制器的单进程描述方式45

5.2.3 存储控制器的双进程描述方式46

第6章 FPGA的应用软件MAX+plus Ⅱ的使用方法48

6.1 编程存储及编译48

6.2 指定器件及编译51

6.3 指定器件管脚及编译51

6.4 下载52

6.5 存储及编译图形描述53

6.6 仿真55

第7章 FPGA数字电路设计实例59

7.1 门电路的FPGA设计59

7.1.1 非门电路59

7.1.2 二输入或非门电路62

7.1.3 二输入异或门电路63

7.1.4 反向器门电路64

7.1.5 三态门电路65

7.1.6 单向总线缓冲器66

7.1.7 双向总线缓冲器67

7.2 组合逻辑电路的FPGA设计67

7.2.1 监视交通信号灯工作状态的逻辑电路68

7.2.2 8线-3线编码器69

7.2.3 8线-3线优先编码器70

7.2.4 二-十进制编码器71

7.2.5 3线-8线译码器73

7.2.6 二-十进制译码器74

7.2.7 BCD七段显示译码器75

7.2.8 代码转换电路77

7.2.9 四选一数据选择器78

7.2.10 八选一数据选择器79

7.2.11 4位全加器80

7.2.12 8位加法器82

7.2.13 多位数值比较器83

7.3 触发器的FPGA设计84

7.3.1 RS触发器84

7.3.2 主从JK触发器85

7.3.3 D触发器86

7.4 时序逻辑电路的FPGA设计88

7.4.1 寄存器88

7.4.2 双向移位寄存器88

7.4.3 串行输入并行输出移位寄存器90

7.4.4 循环移位寄存器90

7.4.5 4位同步二进制计数器91

7.4.6 单时钟同步十六进制加／减计数器92

7.4.7 双时钟同步十六进制加／减计数器93

7.4.8 同步十进制加法计数器96

7.4.9 单时钟同步十进制可逆计数器97

7.4.10 异步二进制加法计数器98

7.4.11 同步100进制计数器100

7.4.12 同步29进制计数器101

7.4.13 顺序脉冲发生器103

7.4.14 序列信号发生器104

7.4.15 用状态机方法设计十三进制计数器105

7.4.16 串行数据检测器106

7.4.17 能自启动的七进制计数器108

7.4.18 能自启动的3位环形计数器109

7.4.19 用状态机方法设计十进制减法计数器110

第8章 FPGA应用系统设计实例112

8.1 实例一：FPGA控制的数码显示电路112

8.1.1 设计要求112

8.1.2 设计分析112

8.1.3 显示原理112

8.1.4 驱动8位数码管显示电路框图113

8.1.5 模块及模块功能114

8.2 实例二：键盘控制电路118

8.2.1 设计要求118

8.2.2 设计分析118

8.3 实例三：FPGA控制的点阵发光器件显示汉字125

8.3.1 设计要求125

8.3.2 设计分析125

8.3.3 器件及硬件电路125

8.3.4 设计软件的思路及源程序129

8.4 实例四：FPGA控制的数模（D/A）转换电路142

8.4.1 设计要求142

8.4.2 设计分析142

8.4.3 DAC0832转换器142

8.4.4 数模（D/A）转换电路143

8.4.5 FPGA控制的数模（D/A）转换电路144

8.5 实例五：FPGA控制的模数（A/D）转换0809的应用146

8.5.1 设计要求146

8.5.2 设计分析146

8.5.3 ADC0809转换器及其转换电路147

8.5.4 FPGA控制的模数（A/D）转换电路150

8.5.5 用数码管显示模数（A/D）转换器的输入电压154

8.5.6 ADC0809转换模拟输入负电压电路159

8.6 实例六：数控式可逆步进调压直流稳压电源161

8.6.1 设计要求161

8.6.2 原理及硬件电路161

8.6.3 软件设计思想及源程序163

8.7 实例七：数控式直流电流源166

8.7.1 设计指标及框图166

8.7.2 硬件电路图166

8.7.3 软件设计思想及源程序168

8.8 实例八：低频数字式相位测量仪171

8.8.1 设计指标及框图171

8.8.2 移相网络172

8.8.3 相位测量173

8.9 实例九：多路数据采集系统185

8.9.1 设计内容185

8.9.2 现场模拟信号产生器186

8.9.3 八路数据采集器188

8.9.4 主控器192

8.10 实例十：测量放大器207

8.10.1 测量放大器系统207

8.10.2 桥式电路207

8.10.3 信号变换放大器208

8.10.4 直流电压放大器209

8.10.5 程控的直流电压放大器211

8.11 实例十一：低频功率放大器222

8.11.1 设计任务222

8.11.2 功率放大器223

8.11.3 前置放大器224

8.11.4 系统测试224

8.11.5 自制稳压电源225

8.11.6 集成功率放大器226

8.12 实例十二：开关型稳压电源232

8.12.1 脉冲宽度调制电路MIC2194232

8.12.2 MC34060控制的串联型开关稳压电源233

8.13 实例十三：程控滤波器235

8.13.1 设计要求235

8.13.2 设计框图235

8.13.3 程控放大器236

8.13.4 程控低通滤波器240

8.13.5 程控高通滤波器243

8.13.6 程控滤波器的FPGA控制核心245

8.14 实例十四：信号发生器270

8.14.1 设计要求270

8.14.2 功能及其内部接线270

8.14.3 信号发生器的FPGA内部结构272

8.14.4 调用MAX+plus Ⅱ10.2中的除法元件方法296

8.15 实例十五：交流电压参数的测量298

8.15.1 设计要求298

8.15.2 给定的器件298

8.15.3 硬件电路301

8.15.4 软件电路302

8.16 实例十六：宽带放大器318

8.16.1 设计要求318

8.16.2 硬件电路319

8.16.3 软件电路322

8.17 实例十七：高效率音频功率放大器340

8.17.1 设计要求340

8.17.2 D类放大器的工作原理341

8.17.3 硬件电路341

8.17.4 软件电路345

8.18 实例十八：数字化语音存储与回放系统356

8.18.1 设计要求356

8.18.2 硬件电路357

8.18.3 软件电路360

8.19 实例十九：数字式工频有效值多用表365

8.19.1 设计要求365

8.19.2 硬件电路366

8.19.3 软件电路366

8.20 实例二十：简易电阻、电容和电感测量仪385

8.20.1 设计要求385

8.20.2 硬件电路386

8.20.3 软件电路388

参考文献401