數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程(第二版)
本書是電子類專業(yè)核心課程的教材之一，由多年從事數(shù)字電子技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師合作完成。書中以Xilinx公司的VivadoFPGA設(shè)計(jì)套件為基礎(chǔ)，硬件平臺(tái)以Xilinx的NexysVideoArtix-7FPGA多媒體音視頻智能互聯(lián)系統(tǒng)為主，并輔以Basys3FPGA口袋開發(fā)板；軟件平臺(tái)采用ModelSim、Vivado等專用開發(fā)工具，循序漸進(jìn)地介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理和方法�！禕R》 本書內(nèi)容包括數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法介紹、VerilogHDL介紹、仿真及測(cè)試代碼的編寫、實(shí)驗(yàn)軟/硬件平臺(tái)的使用、數(shù)字系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)、MIPS微處理器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用等7章。作者本著培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力的原則精心設(shè)計(jì)了29個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以設(shè)計(jì)性、綜合性和探索性實(shí)驗(yàn)為主，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)的交叉應(yīng)用，以達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的綜合技能的目的。
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目錄
第1章 FPGA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1
1.1 現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 FPGA發(fā)展歷史 1
1.1.3 FPGA芯片的結(jié)構(gòu) 3
1.2 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 6
1.2.1 數(shù)字系統(tǒng)的基本組成 6
1.2.2 數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法 7
1.2.3 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 8
1.3 基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 12
1.4 基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)試 15
1.4.1 數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)試 15
1.4.2 選擇合適的FPGA 調(diào)試方法 18
第2章 Verilog HDL 20
2.1 初識(shí)Verilog HDL 20
2.1.1 概述 20
2.1.2 Verilog HDL的基本結(jié)構(gòu) 20
2.2 Verilog HDL的基礎(chǔ)知識(shí) 22
2.2.1 詞法 22
2.2.2 常量 24
2.2.3 數(shù)據(jù)類型和變量 25
2.2.4 參數(shù) 26
2.2.5 模塊端口類型 27
2.2.6 運(yùn)算符及優(yōu)先級(jí) 27
2.3 Verilog HDL的描述語(yǔ)句 31
2.3.1 數(shù)據(jù)流描述語(yǔ)句 31
2.3.2 行為描述語(yǔ)句 32
2.3.3 Verilog描述風(fēng)格及層次化設(shè)計(jì) 39
2.3.4 編譯預(yù)處理指令 43
2.4 有限狀態(tài)機(jī)的描述 44
2.4.1 狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu) 44
2.4.2 狀態(tài)機(jī)的Verilog HDL 描述方法 45
2.5 設(shè)計(jì)舉例與技巧 48
2.5.1 常用組合電路的設(shè)計(jì) 48
2.5.2 常用時(shí)序電路的設(shè)計(jì) 51
2.5.3 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 54
第3章 testbench的編寫 61
3.1 概述 61
3.2 testbench的結(jié)構(gòu)形式 61
3.2.1 testbench的基本結(jié)構(gòu) 61
3.2.2 testbench結(jié)構(gòu)實(shí)例詳解 62
3.3 常用的系統(tǒng)任務(wù)和系統(tǒng)函數(shù) 65
3.4 testbench的激勵(lì)和響應(yīng) 67
3.4.1 testbench的激勵(lì)方式 67
3.4.2 仿真結(jié)果分析方式 69
3.5 常用激勵(lì)信號(hào)的一些描述形式 69
3.6 testbench實(shí)例 72
3.6.1 組合乘法器實(shí)例 72
3.6.2 視頻顯示接口仿真實(shí)例 74
3.6.3 PS2 鍵盤接口電路實(shí)例 77
3.6.4 PS2 鼠標(biāo)接口電路實(shí)例 80
第4章 數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用 84
實(shí)驗(yàn)1 ModelSim仿真軟件的使用 84
實(shí)驗(yàn)2 Vivado軟件的使用 97
實(shí)驗(yàn)3 IP內(nèi)核的使用與仿真 109
實(shí)驗(yàn)4 ILA的邏輯分析儀實(shí)驗(yàn) 123
第5章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 130
實(shí)驗(yàn)5 常用組合電路模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 130
實(shí)驗(yàn)6 浮點(diǎn)數(shù)加法器的設(shè)計(jì) 136
實(shí)驗(yàn)7 常用時(shí)序電路模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 141
實(shí)驗(yàn)8 快速加法器的設(shè)計(jì) 146
實(shí)驗(yàn)9 快速乘法器的設(shè)計(jì) 150
實(shí)驗(yàn)10 學(xué)號(hào)滾動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn) 156
實(shí)驗(yàn)11 異步輸入的同步器和開關(guān)防顫動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 160
第6章 數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 166
實(shí)驗(yàn)12 數(shù)字式秒表 166
實(shí)驗(yàn)13 低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 170
實(shí)驗(yàn)14 全數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)計(jì) 176
實(shí)驗(yàn)15 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 181
實(shí)驗(yàn)16 基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 186
實(shí)驗(yàn)17 數(shù)字下變頻器(DDC)的設(shè)計(jì) 191
實(shí)驗(yàn)18 音頻編解碼芯片接口設(shè)計(jì) 195
實(shí)驗(yàn)19 音樂播放實(shí)驗(yàn) 209
實(shí)驗(yàn)20 基于FPGA的實(shí)時(shí)語(yǔ)音變聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 221
實(shí)驗(yàn)21 HDMI顯示器接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 230
實(shí)驗(yàn)22 鍵盤接口實(shí)驗(yàn) 239
實(shí)驗(yàn)23 鼠標(biāo)接口實(shí)驗(yàn) 248
實(shí)驗(yàn)24 文本輸入與顯示實(shí)驗(yàn) 254
實(shí)驗(yàn)25 動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn) 260
實(shí)驗(yàn)26 點(diǎn)燈游戲的設(shè)計(jì) 266
實(shí)驗(yàn)27 推箱子游戲的設(shè)計(jì) 272
第7章 CPU設(shè)計(jì) 279
實(shí)驗(yàn)28 多周期MIPS微處理器設(shè)計(jì) 279
實(shí)驗(yàn)29 流水線MIPS微處理器設(shè)計(jì) 299
附錄A Basys3開發(fā)板的使用 314
A.1 FPGA主芯片介紹 315
A.2 電源電路 315
A.3 時(shí)鐘電路 315
A.4 基本I/O接口 316
A.5 數(shù)碼管電路 316
A.6 I/O擴(kuò)展電路 317
A.7 USB-UART橋接電路 318
A.8 USB HID Host 318
A.9 VGA接口 318
A.10 FPGA調(diào)試及配置電路 319
附錄B Nexys Video開發(fā)板的使用 320
B.1 FPGA主芯片介紹 321
B.2 電源電路 321
B.3 時(shí)鐘電路 322
B.4 基本I/O接口 322
B.5 I/O擴(kuò)展電路 323
B.6 音頻編解碼(CODEC)接口電路 323
B.7 USB-UART橋接電路 324
B.8 USB HID Host 324
B.9 HDMI接口 325
B.10 FPGA調(diào)試及配置電路 325
附錄C ASCII碼表 326
附錄D 仿真環(huán)境的建立 328
參考文獻(xiàn) 332
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