數(shù)字邏輯原理與FPGA設(shè)計（第3版）

第1章緒論1
1.1數(shù)字時代1
1.1.1模擬信號1
1.1.2數(shù)字信號1
1.2數(shù)字系統(tǒng)2
1.2.1數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢2
1.2.2數(shù)字邏輯電路3
1.2.3數(shù)字系統(tǒng)的組成4
1.2.4典型的數(shù)字系統(tǒng)———計算機4
1.2.5數(shù)字邏輯的內(nèi)容及研究方法5
1.3數(shù)制及其轉(zhuǎn)換6
1.3.1數(shù)制6
1.3.2數(shù)制轉(zhuǎn)換7
1.4帶符號二進制數(shù)的代碼表示9
1.5編碼12
1.5.1BCD碼12
1.5.2格雷碼13
1.5.3奇偶校驗碼13
1.5.4ASCII碼14
1.6習題15
第2章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)17
2.1邏輯代數(shù)的基本概念17
2.1.1邏輯變量及基本運算17
2.1.2邏輯表達式18
2.1.3邏輯代數(shù)的公理18
2.2邏輯函數(shù)21
2.2.1邏輯函數(shù)的定義21
2.2.2邏輯函數(shù)的表示法21
2.2.3復(fù)合邏輯23
2.3邏輯函數(shù)的標準形式25
數(shù)字邏輯原理與FPGA設(shè)計(第3版)
??
·2·
2.3.1最小項及最小項表達式25
2.3.2最大項及最大項表達式27
2.3.3邏輯函數(shù)表達式的轉(zhuǎn)換方法28
2.3.4邏輯函數(shù)的相等32
2.4邏輯代數(shù)的重要定理33
2.4.1重要定理33
2.4.2重要定理與最小項、最大項的關(guān)系35
2.5邏輯函數(shù)化簡36
2.5.1代數(shù)化簡法36
2.5.2卡諾圖化簡法37
2.5.3具有任意項的邏輯函數(shù)化簡42
2.6習題43
第3章組合邏輯電路45
3.1邏輯門電路的外特性45
3.1.1簡單邏輯門電路45
3.1.2復(fù)合邏輯門電路49
3.1.3邏輯門電路的主要外特性參數(shù)51
3.1.4正邏輯與負邏輯53
3.2組合邏輯電路分析54
3.2.1組合邏輯電路的基本特點54
3.2.2分析流程55
3.2.3常用組合邏輯電路分析舉例56
3.3組合邏輯電路設(shè)計64
3.4設(shè)計方法的靈活運用65
3.4.1邏輯代數(shù)法66
3.4.2利用無關(guān)項簡化設(shè)計67
3.4.3分析設(shè)計法69
3.5組合邏輯電路的險象70
3.5.1險象的產(chǎn)生與分類71
3.5.2險象的判斷與消除71
3.6常用組合邏輯電路設(shè)計74
3.6.18421碼加法器74
3.6.2七段譯碼器76
3.6.3多路選擇器與多路分配器78
3.7習題81
第4章時序邏輯電路分析85
4.1時序邏輯電路模型85
??目錄
·3·
4.2觸發(fā)器86
4.2.1基本RS觸發(fā)器87
4.2.2常用觸發(fā)器90
4.2.3各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換95
4.2.4集成觸發(fā)器的主要特性參數(shù)97
4.3同步時序邏輯電路98
4.3.1同步時序邏輯電路描述99
4.3.2同步時序邏輯電路分析103
4.4異步時序邏輯電路107
4.5常用時序邏輯電路109
4.5.1寄存器109
4.5.2計數(shù)器113
4.5.3節(jié)拍發(fā)生器117
4.6習題118
第5章時序邏輯電路設(shè)計120
5.1同步時序邏輯電路設(shè)計的基本方法120
5.2建立原始狀態(tài)125
5.3狀態(tài)化簡127
5.3.1狀態(tài)化簡的基本原理127
5.3.2完全定義狀態(tài)化簡方法129
5.4狀態(tài)編碼131
5.4.1確定存儲狀態(tài)所需的觸發(fā)器個數(shù)132
5.4.2用相鄰編碼法實現(xiàn)狀態(tài)編碼132
5.5確定激勵函數(shù)及輸出方程133
5.5.1選定觸發(fā)器類型133
5.5.2求激勵函數(shù)及輸出函數(shù)133
5.5.3電路的“掛起”及恢復(fù)問題134
5.6時序邏輯設(shè)計舉例136
5.6.1序列檢測器設(shè)計136
5.6.2計數(shù)器設(shè)計138
5.6.3基于MSI器件實現(xiàn)任意模值計數(shù)器140
5.7習題144
第6章可編程邏輯器件147
6.1概述147
6.1.1可編程邏輯器件的發(fā)展歷程147
6.1.2可編程邏輯器件分類149
6.1.3可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)150
數(shù)字邏輯原理與FPGA設(shè)計(第3版)
??
·4·
6.2簡單PLD原理151
6.2.1PLD中陣列的表示方法151
6.2.2PROM153
6.2.3PLA器件155
6.2.4PAL器件156
6.2.5GAL器件156
6.3CPLD158
6.3.1傳統(tǒng)CPLD的基本結(jié)構(gòu)158
6.3.2最新CPLD的基本結(jié)構(gòu)158
6.4FPGA159
6.4.1FPGA的基本結(jié)構(gòu)160
6.4.2Altera公司CycloneⅣ系列器件的結(jié)構(gòu)161
6.4.3最新FPGA的基本結(jié)構(gòu)163
6.5習題163
第7章VerilogHDL設(shè)計基礎(chǔ)166
7.1硬件描述語言簡介166
7.1.1概述166
7.1.2HDL語言的特點166
7.1.3VerilogHDL語言與VHDL語言的比較167
7.2VerilogHDL程序的基本語法168
7.2.1VerilogHDL程序結(jié)構(gòu)168
7.2.2VerilogHDL基本語法169
7.2.3VerilogHDL數(shù)據(jù)流建模176
7.2.4VerilogHDL行為建模177
7.2.5VerilogHDL結(jié)構(gòu)建模179
7.2.6VerilogHDL層次化設(shè)計181
7.3VerilogHDL基本語句182
7.3.1選擇語句182
7.3.2重復(fù)語句184
7.3.3任務(wù)和函數(shù)語句186
7.4常見組合邏輯電路的VerilogHDL設(shè)計189
7.4.1編碼器、譯碼器、選擇器189
7.4.2數(shù)值比較器192
7.5常見時序邏輯電路的VerilogHDL設(shè)計193
7.5.1觸發(fā)器193
7.5.2鎖存器和寄存器195
7.5.3計數(shù)器196
7.6有限狀態(tài)機的VerilogHDL設(shè)計198
??目錄
·5·
7.6.1有限狀態(tài)機198
7.6.2狀態(tài)機的設(shè)計198
7.6習題203
第8章FPGA設(shè)計基礎(chǔ)207
8.1EDA技術(shù)概述207
8.1.1EDA技術(shù)的發(fā)展歷程207
8.1.2EDA技術(shù)的主要內(nèi)容208
8.1.3EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢209
8.2FPGA設(shè)計方法與設(shè)計流程209
8.2.1基于FPGA的層次化設(shè)計方法209
8.2.2基于FPGA技術(shù)的數(shù)字邏輯系統(tǒng)設(shè)計流程211
8.3FPGA設(shè)計工具———QuartusⅡ13.1214
8.3.1QuartusⅡ13.1的安裝215
8.3.2QuartusⅡ13.1設(shè)計流程216
8.4QuartusⅡ13.1設(shè)計入門219
8.4.1啟動QuartusⅡ13.1219
8.4.2設(shè)計輸入223
8.4.3編譯綜合228
8.4.4仿真測試230
8.4.5硬件測試234
8.5習題237
第9章數(shù)字邏輯實驗指南238
9.1基于原理圖輸入設(shè)計4位加法器238
9.1.1設(shè)計提示238
9.1.2QuartusⅡ設(shè)計流程238
9.2基于VerilogHDL文本輸入設(shè)計七段數(shù)碼顯示譯碼器240
9.2.1設(shè)計提示240
9.2.2QuartusⅡ設(shè)計流程240
9.3基于混合輸入方式的QuartusⅡ設(shè)計246
9.3.1設(shè)計要求246
9.3.2設(shè)計提示246
9.3.3QuartusⅡ設(shè)計流程246
9.4基于宏功能模塊LPM_ROM的4位乘法器設(shè)計249
9.4.1設(shè)計提示249
9.4.2QuartusⅡ設(shè)計流程250
9.5數(shù)字邏輯基礎(chǔ)型實驗256
實驗1多位加法器的FPGA設(shè)計256
數(shù)字邏輯原理與FPGA設(shè)計(第3版)
??
·6·
實驗2譯碼器的FPGA設(shè)計256
實驗3計數(shù)器的FPGA設(shè)計257
實驗4100分頻十進制加法計數(shù)器的FPGA設(shè)計258
實驗5偽隨機信號發(fā)生器的FPGA設(shè)計258
實驗6應(yīng)用VerilogHDL完成簡單組合電路的FPGA設(shè)計259
實驗7應(yīng)用VerilogHDL完成簡單時序電路的FPGA設(shè)計260
實驗8基于VerilogHDL語言的4位多功能加法計數(shù)器的FPGA設(shè)計260
實驗9移位運算器的FPGA設(shè)計261
實驗10循環(huán)冗余校驗(CRC)模塊的FPGA設(shè)計264
9.6習題265
第10章數(shù)字系統(tǒng)的FPGA設(shè)計實踐267
10.1數(shù)字鐘的FPGA設(shè)計268
10.1.1設(shè)計要求268
10.1.2功能描述268
10.1.3數(shù)字鐘的層次化設(shè)計方案269
10.1.4數(shù)字鐘的頂層設(shè)計和仿真274
10.1.5硬件測試275
10.2樂曲演奏電路FPGA設(shè)計277
10.2.1設(shè)計要求277
10.2.2原理描述277
10.2.3樂曲硬件演奏電路的層次化設(shè)計方案279
10.2.4樂曲硬件演奏電路頂層電路的設(shè)計和仿真283
10.2.5硬件測試283
10.3數(shù)字系統(tǒng)FPGA設(shè)計課題選編284
課題1多功能運算器的FPGA設(shè)計284
課題2時序發(fā)生器的FPGA設(shè)計284
課題3設(shè)計一個具有三種信號燈的交通燈控制系統(tǒng)285
課題4設(shè)計一個基于FPGA芯片的彈道計時器286
課題5設(shè)計一個基于FPGA芯片的汽車尾燈控制器287
課題6數(shù)字密碼鎖的FPGA設(shè)計288
課題7電梯控制器的FPGA設(shè)計289
課題8自動售飲料控制器的FPGA設(shè)計290
課題9出租車自動計費器的FPGA設(shè)計290
課題10基于FPGA的信號發(fā)生器設(shè)計291
參考文獻292