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可编程逻辑电路设计基础教程.pdf

可编程逻辑电路设计基础教程.pdf

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简介:编程逻辑电路设计基础教程

ICIg:i211EBI!ill:itafiWBJI~1!~~~).,-kJ~JI/J..~BEIHANGUNIVERSITYPRESSI目录第1章FPGA基础知识11.1FPGA与数字电路11.1.1用原理图来实现数字电路11.1.2用HDL语言来实现数字电路21.2FPGA的发展历程21.2.1集成电路31.2.2简单的PLD41.2.3复杂的PLD—CPLD和FPGA51.2.4基于Flash架构的FPGA特点61.3FPGA设计流程91.3.1设计输入101.3.2功能仿真101.3.3HDL综合111.3.4综合后仿真111.3.5布局布线111.3.6后仿真121.3.7编程下载/调试121.4MicrosemiFPGA的特色121.4.1ProASIC3系列121.4.2IGLOO系列131.4.3Fusion系列131.4.4SmartFusion系列14第2章FPGA基本结构152.1FPGA的基本编程原理152.2基本逻辑单元152.2.1Flash架构的开关162.2.2基本的库单元162.2.3最小逻辑单元172.3布线资源192.3.1超快速的局部连线资源192.3.2有效的长线资源202.3.3高速的超长线资源212.3.4高性能全局网络212.4I/O结构222.4.1I/O缓冲器222.4.2I/O寄存器222.4.3输出斜率控制232.4.4斯密特触发器232.4.5ESD保护242.4.6I/O命名规则及分布24第3章FPGA片内外设253.1片内SRAM25II3.1.1SRAM的原理253.1.2RAM的资源及使用263.1.3SRAM的操作模式273.2片内FIFO293.2.1FIFO的原理293.2.2FIFO的特点及应用303.3时钟调整电路与模拟锁相环303.3.1CCC原理303.3.2PLL原理313.3.3CCC/PLL资源分布323.4非易失性存储器(FROM)343.4.1ROM的原理343.4.2ROM资源353.5FlashMemory353.5.1FlashMemory的存储原理363.5.2FlashMemory的资源与操作383.6时钟资源413.6.1RC振荡器的原理423.6.2晶体振荡器的原理423.6.3实时定时器的原理433.7模拟模块443.7.1ADC的工作原理443.7.2ACM配置原理453.7.3预处理器原理463.7.4应用46第4章VerilogHDL基础语法524.1VerilogHDL基本知识524.1.1什么是硬件描述语言524.1.2VerilogHDL的发展历程524.1.3VerilogHDL与VHDL的对比534.1.4VerilogHDL的应用情况及适用的范围544.2Verilog基本语法一544.2.1基本概念544.2.2模块的结构564.2.3数据类型584.2.4小结664.3Veirlog基本语法二664.3.1逻辑运算符664.3.2关系运算符664.3.3等式运算符674.3.4移位运算符674.3.5位拼接运算符684.3.6缩减运算符684.3.7优先级别69III4.3.8关键词694.3.9赋值语句和块语句704.3.10小结744.4Verilog基本语法三754.4.1条件语句(if_else、case语句)754.4.2循环语句834.4.3顺序块和并行块864.4.4生成块904.4.5小结944.5Verilog基本语法四954.5.1结构说明语句954.5.2task和function说明语句994.5.3小结1064.6Verilog基本语法五1074.6.1$display和$write任务1074.6.2系统任务$fopen1104.6.3系统任务%m1114.6.4系统任务$dumpfile1124.6.5系统任务$monitor1134.6.6系统任务$strobe1144.6.7时间度量系统函数$time1144.6.8系统任务$finish1154.6.9系统任务$stop1164.6.10系统任务$readmemb和$readmemh1164.6.11系统任务$random1184.6.12编译预处理1194.6.13其他系统函数和任务1284.6.14小结128第5章常用IP设计1305.1基于MCU的IP设计1305.2I2C的IP设计1315.2.1I2C协议介绍1315.2.2I2C应用举例1325.3UART的IP设计1475.3.1UART协议介绍1475.3.2UART应用举例1495.4PWM的IP设计1555.4.1PWM协议介绍1555.4.2PWM应用举例1565.5SPI的IP设计1615.5.1SPI协议介绍1615.5.2SPI应用举例163第6章典型应用设计1766.1频率计的设计176IV6.1.1原理介绍1766.1.2设计要求1766.1.3实现方式1776.2直接数字式频率合成器DDS的设计1776.2.1原理介绍1776.2.2设计要求1786.2.3实现方式1786.3产品版本号控制器的设计1786.3.1原理介绍1786.3.2设计要求1796.3.3实现方式1796.4伪随机序列的设计1806.4.1原理介绍1806.4.2设计要求1826.4.3实现方式1826.5并行总线接口设计1836.5.1原理介绍1836.5.2设计要求1846.5.3实现方式184第7章DIY创新应用设计1897.1基于MicrosemiFPGA的矩阵键盘管理1897.1.1设计任务1897.1.2设计要求1907.1.3实现原理1907.2基于MicrosemiFPGA的开平方算法设计1917.2.1设计任务1917.2.2设计要求1917.2.3实现原理1927.3基于MicrosemiFPGA的同步FIFO设计1937.3.1设计任务1947.3.2设计要求1947.3.3实现原理195前言一、创作起因其实两年前就已经写好了这本书,为什么没有提交给出版社呢?我们一直在问自己一个问题,面对已经面世的上百本图书,如果再出版一本岂不多余吗?尽管很多大学都开设了这门课,且花大价钱投入了很多的教学实验设备,但我们也一直在苦思冥想,为什么熟练掌握FPAG的学生却寥寥无几呢?虽然我们公司有专业的SoC可编程逻辑电路设计团队,但依然感到培养一个合格的开发人员仍然有一定的难度。到底问题出在哪里呢?哪些内容才是培养一个合格开发工程师必须掌握的重要知识点,这个问题成了我们研究的重点。每年我们都在修改培养方案,终于发现精选教学内容和合理设置实践案例才是关键所在。二、教学内容的组织与安排为了提高学生的动手能力,

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