本教材將傳統(tǒng)的以QuartusII軟件，NiosII嵌入式系統(tǒng)軟件和FPGA技術設計數(shù)字系統(tǒng)單一教材，整合為基于FPGA技術面向三個不同層次從基礎數(shù)字系統(tǒng)--綜合數(shù)字系統(tǒng)--嵌入式Qsys系統(tǒng)設計的實踐類教材。本教材通過講練結合、循序漸進的形式對實例項目進行分析。教材實驗內容分為三個層次，首先是基于數(shù)字系統(tǒng)的9個基礎實驗，引領讀者快速入門；其次是10個數(shù)字系統(tǒng)綜合實驗，進一步促使讀者熟練使用FPGA設計數(shù)字系統(tǒng)，掌握基本設計技巧；最后
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目錄
第一篇 FPGA基礎
第1章 概述 1
1.1 實驗須知 1
1.2 實驗報告要求 2
第2章 硬件描述語言 3
2.1 硬件描述語言特點 3
2.2 VHDL程序基本結構 3
2.3 VHDL程序主要構件 4
2.3.1 庫 5
2.3.2 實體 5
2.3.3 結構體 6
2.3.4 包集合 7
2.3.5 配置 8
2.4 VHDL數(shù)據(jù)類型 10
2.4.1 標準數(shù)據(jù)類型 10
2.4.2 IEEE定義的邏輯位與矢量 11
2.4.3 用戶自定義數(shù)據(jù)類型 11
2.4.4 數(shù)據(jù)類型轉換 13
2.5 運算符 13
2.5.1 算術運算符 13
2.5.2 邏輯運算符 14
2.5.3 關系運算符 14
2.5.4 其他運算符 14
2.5.5 運算優(yōu)先級 14
2.6 VHDL數(shù)據(jù)對象 15
2.6.1 常量 15
2.6.2 變量 15
2.6.3 信號 16
2.6.4 信號與變量的比較 17
2.7 VHDL基本語句 17
2.7.1 并行語句 17
2.7.2 順序語句 25
2.7.3 屬性描述語句 30
2.8 測試基準 32
2.9 其他語句和有關規(guī)定的說明 32
2.9.1 命名規(guī)則和注解的標記 32
2.9.2 ATTRIBUTE(屬性)描述與定義 33
2.9.3 GENERATE語句 41
2.10 VHDL程序的其他構件 45
2.10.1 塊 45
2.10.2 函數(shù) 46
2.10.3 過程 48
2.10.4 程序包 49
2.11 結構體的描述方法 50
第3章 常用FPGA開發(fā)工具 53
3.1 硬件開發(fā)工具Quartus Ⅱ13.053
3.1.1 Quartus Ⅱ13.0簡介 53
3.1.2 Quartus Ⅱ13.0設計流程 53
3.1.3 Quartus Ⅱ13.0設計方法 57
3.1.4 Quartus Ⅱ13.0功能詳解 58
3.1.5 時序約束與分析 66
3.1.6 設計優(yōu)化 72
3.1.7 SignalTap Ⅱ79
3.1.8 實例講解 87
3.2 ModelSim開發(fā)工具 95
3.2.1 ModelSim簡介 95
3.2.2 ModelSim基本仿真步驟 95
3.2.3 ModelSim各界面介紹 99
3.2.4 ModelSim調試功能 103
3.2.5 實例講解 106
3.3 本章 小結 113
第二篇 SOPC系統(tǒng)
第4章 SOPC系統(tǒng)設計入門 114
4.1 SOPC技術簡介 114
4.1.1 SOPC技術的主要特點 114
4.1.2 SOPC技術實現(xiàn)方式 115
4.1.3 SOPC系統(tǒng)開發(fā)流程 116
4.2 基于Qsys的Nios Ⅱ處理器設計 117
4.2.1 Qsys功能 117
4.2.2 Qsys組成 119
4.2.3 Qsys組件 122
4.2.4 Qsys應用實例 133
4.3 本章 小結 148
第三篇 FPGA實驗
第5章 數(shù)字系統(tǒng)基礎實驗設計 149
5.1 編碼器實驗 149
5.2 譯碼器實驗 157
5.3 加法器實驗 159
5.4 乘法器實驗 164
5.5 寄存器實驗 167
5.6 計數(shù)器實驗 171
5.7 分頻器實驗 176
5.8 存儲器實驗 181
5.9 數(shù)據(jù)選擇器實驗 183
第6章 數(shù)字系統(tǒng)綜合實驗設計 185
6.1 鍵盤掃描輸入實驗 185
6.2 掃描數(shù)碼顯示器實驗 189
6.3 點陣顯示實驗 191
6.4 交通燈控制實驗 193
6.5 數(shù)字鐘實驗 196
6.6 液晶顯示實驗 197
6.7 PS/2接口實驗 204
6.8 VGA顯示實驗 207
6.9 SPI串行同步通信實驗 210
6.10 電梯控制器實驗 212
6.11 搶答器實驗 214
6.12 數(shù)字頻率計實驗 216
第四篇 基于Qsys的SOPC系統(tǒng)實驗
第7章 SOPC嵌入式系統(tǒng)實驗 223
7.1 流水燈實驗 223
7.2 JTAGUART通信實驗 239
7.3 LCM顯示實驗 247
7.4 按鍵中斷實驗 249
7.5 計數(shù)顯示實驗 253
7.6 串口通信實驗 256
7.7 外部Flash擴展實驗 259
7.8 添加用戶組件外設實驗 263
7.9 DS18B20數(shù)字溫度傳感器應用實驗 271
7.10 基于PCF8563的時鐘應用 296
第五篇 常見問題與常用實驗平臺簡介
第8章 常見問題 322
8.1 Quartus Ⅱ13.0常見問題 322
8.2 ModelSim常見問題 327
8.3 Nios Ⅱ13.0常見問題 328
第9章 FPGA常用綜合實驗平臺 332
9.1 TD-EDA/SOPC綜合實驗平臺簡介 332
9.2 DE2開發(fā)板簡介 337
參考文獻 339
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