EDA技术实用教程(第三版)--详细介绍

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 当前位置:本科及研究生教材 信息技术,电子 信息技术,电子 信息技术,电子 EDA技术实用教程(第三版)
   
EDA技术实用教程(第三版)
作者:潘松 黄继业
书名:EDA技术实用教程(第三版)
定价:¥33 元
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丛书名:  普通高等教育“十一五”国家级规划教材
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开本: 16
标准书号: 7-03-017973-0
字数(千): 606
印张: 
出版日期: 2006-9-15
发行号: TP-3361
装帧: 平
点击热度: 46131
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获奖情况
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普通高等教育“十一五”国家级规划教材
浙江省重点教材
 
图书介绍
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    本书根据课堂教学和实验操作的要求,以提高实际工程设计能力为目的,深入浅出地对EDA技术、VHDL硬件描述语言、FPGA开发应用及相关知识作了系统和完整的介绍,使读者通过本书的学习并完成推荐的实验,能初步了解和掌握EDA的基本内容及实用技术。
全书内容分四部分,每一部分对EDA的基本知识、常用的EDA工具使用方法和目标器件的结构原理作了介绍;第二部分以向导的形式和实例为主的方法介绍了3种不同的设计输入方法;第三部分对VHDL的设计优化作了介绍;第四部分详述了基于EDA技术较典型的设计项目。各章都安排了相应的习题和有较强针对性的实验和设计实践要求。书中给出的绝大部分VHDL设计实例和实验示例实现的EDA工具平台是QuartusII6.0,硬件平台是CycloneII FPGA,并在EDA实验系统上通过了硬件测试。
    为了方便本课程的授课和实验指导,同时将推出与本书各章节内容完全对应的CAI教学软件。
    本书可作为高等院校的电子工程、通信、工业自动化、计算机应用技术、电子对抗、仪器仪表、数字信号或图像处理等学科的本科生或研究生的电子设计、EDA技术课程和VHDL硬件描述语言的教材及实验指导书,也可作为相关专业技术人员的自学参考书。
 
前言
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    随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入,EDA技术在电子信息、通信、自控及计算机应用等领域的重要性日益突出。在技术市场与人才市场对EDA的需求在不断提高,产品的市场效率和技术要求也必然会反映到教学和科研领域中来。
    以全国大学生电子设计竞赛为例,直到上届赛事中,需要使用EDA技术的赛题超过了全部赛题的1/3,其中有的赛题达到了如果没有EDA技术,将无从下手的程度。事实上,电子设计竞赛赛题的内容既是市场产品要求和技术进步的一种反映,也是对高校相关教学实验内容改革的要求和促进。对美国的一些高校电子与计算机实验室建设的调研资料表明,许多著名院校基于PLD的EDA技术在本科教学中有两个明显的特点:1、各专业中EDA教学实验课程的普及率极高;2、在实验中EDA试验成为主流,大部分传统的实验都融入了EDA实验,如数字电路、计算机组成、接口、通信、处理器等实验内容,并更多地注重创新性实验,这显然是科技发展和市场需求的结果。
    为了适应EDA技术的发展和EDA技术教学实验的要求,更加突出实验中EDA技术的实用性,面向工程实际的特点和电子设计的自主创新性,在本书的第3版中的实验类型和内容上都作了增加,每一实验的层次性更加清楚,并注重学生设计能力和自主创新能力的培养,以及与工程实际相结合的动手能力的培养。另一方面,实验内容的选择上,突出EDA技术的特点和优势,所以将原来的“实验”改为“实验与设计”。在章节的安排上也作了一定的调整。在实验项目上增加和扩充了一些与全国大学生电子设计竞赛典型赛题相关的内容,对于比较典型的设计项目给出了更为详尽的说明。
    我们一直认为,相比于其他课程,EDA技术的教学具有自身的规律和独特性。
首先是教学内容,对此可以分为3个层次:1、逻辑行为的实现。作为最低层次,即用EDA工具完成数字电路实验中的部分内容,如红绿灯控制、数码译码显示、逻辑表决、数字钟表、普通频率计等等纯逻辑行为实现方面的电路设计。其特点是工作频率低,非EDA技术及相关器件也能实现,无法体现EDA技术的优势,而只能作为初学的过渡;2、控制与信号传输功能的实现。作为第二层次,如A/D高速采样、自动化控制、逻辑分析仪、存储示波器、虚拟仪表、接口与通信模块的设计等,特点是必须使用EDA技术才也能实现,技术指标大幅度提高,能体现EDA技术的优势,是电子设计竞赛赛题最有可能出题的范围;3、算法的实现。作为最高层次,如FIR、FFT、CPU、软核嵌入式系统乃至SOPC的设计开发等,这个层次的最大特点是设计对象上升到系统级包含软硬件联合设计,设计技术突破了一般的EDA技术,而涵盖更广更多的其它学科分支的理论和技术。
    其次是改善教学方法。考虑到目前的本科课程门类已大为增加,任何一门非公共课的学时都不会很多。因此突出要点才能有效控制学时。建议这门课可安排约50学时左右,并以实验实践课为主,这就要求以引导性教学为主。建议对VHDL的教学不必像C语言或汇编语言那样逐条语句讲授,而应结合具体实例讲解最基本的语句现象及其使用方法。
第三就是注重教学实效。数字电路与EDA技术课程的侧重点不同,前者侧重于逻辑行为实现的认知和验证;后者具有很强的实践性,侧重于实用电子系统的设计,侧重培养学生的自主创新的意识和能力,针对性强的实验应该是教学的重要环节。因此EDA实验更应注重实验的质量,而决非注重使用了什么软硬件。
    在初级阶段,完成一些验证性实验,如用EDA工具重复一些数字电路课中的实验,因而可用手工插线方式来完成“设计”,而不涉及任何技术指标和系统规模。
    然而,众所周知,实用电子系统的技术指标是十分重要的,这包括速度、面积(芯片资源)、可靠性、容错性、电磁兼容性等。有时往往指标要求决定了所使用的技术,指标要求推动技术的发展。全国大学生电子设计竞赛题中从来不提使用何种工具或技术来完成赛题,但参赛者不得不根据给出的技术指标做出选择。因此,EDA课程的实验,除了必须完成的基础性项目外,引导学生完成一些传统电子设计技术(包括单片机)不能实现的内容,从而突出这一现代电子设计技术的优势十分必要。例如UART、PS/2接口或CPU的设计突出了自主知识产权的概念;VGA显示器的控制或状态机控制A/D采样突出了高速性能指标的实现;FIR设计表现了基于EDA技术特有的IP应用技术;纯硬件奏乐电路的设计体现了EDA工具面对复杂逻辑电路设计的突出优势等等。在这些实践过程中,会使学生发现,诸如ISP下载方式、FPGA、ASIC乃至EDA软件等设计手段本身都成了配角,而惟有对更高质地完成实验项目而不懈追求的设计能动性、创造性和自主应用系统的实现成了主角,从而有效地提高了这门以培养工程实践能力为主的课程的教学效果。
    基于以上的认识,我们对本书各章节作了相应的安排。本书具有如下三个特点:
1. 注重实践与实用
在各章中都安排了许多习题。绝大部分章节都安排了针对性较强的实验,使学生对每一章的课堂的教学效果能及时通过实验得以强化。
各章设置的大部分实验除给出详细的实验目的、实验原理、实验思考题和实验报告要求外,还包含2至4个实验项目(层次),即:第一实验项目(层次)是与该章内容相关的验证性实验,课本提供了详细的并被验证的设计程序和实验方法,学生只需将提供的设计程序输入计算机,并按要求进行编译仿真,在实验系统上实现即可;第二实验项目(层次)是在上一实验基础上作进一步的发挥;第三、四实验项目(层次)属于自主设计或创新性质的实验。教师可以根据实验学时数和教学实验的要求布置不同层次的实验项目。
2. 注重速成
一般认为EDA技术难点和学习费时的根源在于VHDL语言。对此,全书作了有针对性的安排:根据电子类专业的特点,放弃流行的计算机语言的教学模式,打破目前VHDL教材通用的编排形式,以电子线路设计为基点,从实例的介绍中引出VHDL语句语法内容。在典型示例的说明方面,本书也颇具独到之处:示例说明中,除给出完整并被验证过的VHDL描述外,还给出其综合后的RTL电路图,以及表现该电路系统功能的时序波形图;对于容易出现的设计错误或理解歧义的示例,将给出正误示例的比较和详细说明。通过一些简单、直观、典型的实例,将VHDL中最核心、最基本的内容解释清楚,使读者在很短的时间内就能有效地把握VHDL的主干内容,而不必花费大量的时间去“系统地”学习语法。通常,这些内容可分别在约8个授课学时加8个实验学时内完成,即约三个整天的时间。其教学效果在过去与许多高校联合举办的EDA研习班上已得到了充分的证明。
3. 注重系统性、完整性与独立性相结合
全书力争在不增加课时的情况下保持内容的系统性和完整性,使读者通过本书的学习和推荐的实验,初步掌握EDA技术最基本的内容。另一方面,书中大部分章节具有相对独立性,读者可根据自己的情况有针对性地选读某一章或几章,这有利于学时的安排和不同专业或学制的选用。
    本书第三版与第二版的最大区别是,第二版所基于的软件平台是MAX+plus II,硬件平台是ACEX1K系列FPGA;而第三版中的VHDL语法说明、实验示例的EDA软件平台是Quartus II和Synplify,辅助工具是MATLAB、ModelSim和DSP Builder,硬件平台主要是Cyclone/Cyclone II FPGA。
    现代电子设计技术是发展的,相应的教学内容和教学方法也应不断改进,其中一定有许多问题值得深入探讨,也包括以上提出的有关EDA教学的一家之言。我们真诚地欢迎读者对书中的错误与有失偏颇之处给予批评指正(E-mail:span88@mail.hz.zj.cn,网址:www.kx-soc.com)。


 
图书目录
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第1章  概述
1.1  EDA技术及其发展
1.2  EDA技术实现目标
1.3  硬件描述语言VHDL
1.4  VHDL综合
1.5  基于VHDL的自顶向下设计方法
1.3  EDA技术的优势
1.3  EDA的发展趋势
习题
第2章  EDA设计流程及其工具
2.1  设计流程
2.1.1  设计输入(原理图/HDL文本编辑) 
2.1.2  综合
2.1.3  适配
2.1.4  时序仿真与功能仿真
2.1.5  编程下载
2.1.6  硬件测试
2.2  ASIC及其设计流程
2.2.1  ASIC设计方法
2.2.2  一般ASIC设计的流程
2.3  常用EDA工具
2.3.1  设计输入编辑器
2.3.2  HDL综合器
2.3.3  仿真器
2.3.4  适配器
2.3.5  下载器
2.4  QuartusII简介
2.5  IP核简介
习题
第3章  FPGA/CPLD结构与应用
3.1  概述
3.1.1  可编程逻辑器件的发展历程
3.1.2  可编程逻辑器件的分类
3.2  简单可编程逻辑器件原理
3.2.1  电路符号表示
3.2.2  PROM 
3.2.3  PLA
3.2.4  PAL
3.2.5  GAL
3.3  CPLD的结构与工作原理
3.4  FPGA的结构与工作原理
3.4.1  查找表逻辑结构
3.4.2  Cyclone/CycloneII系列器件的结构与原理
3.5  硬件测试技术
3.5.1  内部逻辑测试
3.5.2  JTAG边界扫描测试
3.5.3  嵌入式逻辑分析仪
3.6  FPGA/CPLD产品概述
3.6.1  Lattice公司CPLD器件系列
3.6.2  Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列
3.6.3  Altera公司FPGA和CPLD器件系列
3.6.4  Actel公司的FPGA器件
3.6.5  Altera公司的FPGA配置方式与配置器件
3.7  编程与配置
3.7.1  JTAG方式的在系统编程
3.7.2  使用PC并行口配置FPGA
3.7.3  FPGA专用配置器件
3.7.4  使用单片机配置FPGA
3.7.5  使用CPLD配置FPGA
习题
第4章  VHDL设计初步
4.1  多路选择器的VHDL描述
4.1.1  2选1多路选择器的VHDL描述
4.1.2  相关语句结构和语法说明
4.2  寄存器描述及其VHDL语言现象
4.2.1  D触发器的VHDL描述
4.2.2  VHDL描述的语言现象说明
4.2.3  实现时序电路的VHDL不同表述
4.2.4  异步时序电路设计
4.3  1位二进制全加器的VHDL描述
4.3.1  半加器描述
4.3.2  CASE语句
4.3.3  全加器描述和例化语句
4.4  计数器设计
4.4.1  4位二进制加法计数器设计
4.4.2  整数类型
4.4.3  计数器设计的其他表述方法
4.5  一般加法计数器设计
4.5.1  相关语法说明
4.5.2  程序分析
4.5.3  含并行置位的移位寄存器设计
习题
第5章  QuartusII应用向导
5.1  基本设计流程
5.1.1  建立工作库文件夹和编辑设计文件
5.1.2  创建工程
5.1.3  编译前设置
5.1.4  全程编译
5.1.5  时序仿真
5.1.6  应用RTL电路图观察器
5.2  引脚设置和下载
5.2.1  引脚锁定
5.2.2  配置文件下载
5.2.3  AS模式编程配置器件
5.2.4  JTAG间接模式编程配置器件
5.2.5  USB Blaster编程配置器件使用方法
5.3  嵌入式逻辑分析仪使用方法
5.4  原理图输入设计方法
5.4.1  设计流程
5.4.2  应用宏模块的原理图设计
习题
实验与设计
5-1  组合电路的设计
5-2  时序电路的设计
5-3  设计含异步清0和同步时钟使能的加法计数器
5-4  用原理图输入法设计8位全加器
5-5  用原理图输入法设计较复杂数字系统
第6章  VHDL设计进阶
6.1  数据对象
6.1.1  常数
6.1.2  变量
6.1.3  信号
6.1.4  进程中的信号与变量赋值
6.2  双向和三态电路信号赋值例解
6.2.1  三态门设计
6.2.2  双向端口设计
6.2.3  三态总线电路设计
6.3  IF语句概述
6.4  进程语句归纳
6.4.1  进程语句格式
6.4.2  进程结构组成
6.4.3  进程要点
6.5  并行语句例解
6.6  仿真延时
6.6.1  固有延时
6.6.2  传输延时
6.6.3  仿真 ?
习题
实验与设计
6-1  七段数码显示译码器设计
6-2  八位数码扫描显示电路设计
6-3  数控分频器的设计
6-4  32位并进/并出移位寄存器设计
第7章  宏功能模块与IP应用
7.1  宏功能模块概述
7.1.1  知识产权核的应用
7.1.2 使用MegaWizard Plug-In Manager
7.1.3  在QuartusII中对宏功能模块进行例化
7.2  宏模块应用实例
7.2.1  工作原理
7.2.2  定制初始化数据文件
7.2.3  定制LPM_ROM元件
7.2.4  完成顶层设计
7.3  在系统存储器数据读写编辑器应用
7.4  编辑SignalTapII的触发信号
7.5  其他存储器模块的定制与应用
7.5.1  RAM定制
7.5.2  FIFO定制
7.6  流水线乘法累加器的混合输入设计
7.7  LPM嵌入式锁相环调用
7.7.1  建立嵌入式锁相环元件
7.7.2  测试锁相环
7.8  IP核NCO数控振荡器使用方法
7.9  8051单片机IP核应用
习题
实验与设计
7-1  正弦信号发生器设计
7-2  八位16进制频率计设计
7-3  利用LPM_ROM设计乘法器
7-4  IP核应用实验
7-5  8051单片机IP核应用实验
第8章  状态机设计
8.1  一般有限状态机设计
8.1.1  数据类型定义语句
8.1.2  为什么要使用状态机
8.1.3  一般有限状态机的设计
8.2  Moore型有限状态机设计
8.2.1  多进程有限状态机
8.2.2  单进程Moore型有限状态机
8.3  Mealy型有限状态机设计
8.4  状态编码
8.4.1  状态位直接输出型编码
8.4.2  顺序编码
8.4.3  一位热码编码
8.5  非法状态处理
习题
实验与设计
8-1  序列检测器设计
8-2  ADC0809采样控制电路实现
8-3  数据采集电路和简易存储示波器设计
8-4  比较器和D/A器件实现A/D转换功能的电路设计
8-5  通用异步收发器设计
第9章  VHDL结构与要素
9.1  实体
9.1.1  实体语句结构
9.1.2  参数传递说明语句
9.1.3  参数传递映射语句
9.1.4  端口说明语句
9.2  结构体
9.3  子程序
9.3.1  函数
9.3.2  重载函数
9.3.3  转换函数
9.3.4  决断函数
9.3.5  过程
9.3.6  重载过程
9.4  VHDL库
9.4.1  库的种类
9.4.2  库的用法
9.5  程序包
9.6  配置
9.7  VHDL文字规则
9.7.1  数字
9.7.2  字符串
9.7.3  标识符
9.7.4  下标名
9.8  数据类型
9.8.1  预定义数据类型
9.8.2  IEEE预定义标准逻辑位与矢量
9.8.3  其他预定义标准数据类型
9.8.4  数组类型
9.9  操作符
9.9.1  逻辑操作符
9.9.2  关系操作符
9.9.3  算术操作符
习题
实验与设计
9-1  乐曲硬件演奏电路设计
9-2  乒乓球游戏电路设计
9-3  采用高速A/D的存储示波器设计
9-4  循环冗余校验(CRC)模块设计
第10章  VHDL基本语句
10.1  顺序语句
10.1.1  赋值语句
10.1.2  IF语句
10.1.3  CASE语句
10.1.4  LOOP语句
10.1.5  NEXT语句
10.1.6  EXIT语句
10.1.7  WAIT语句
10.1.8  子程序调用语句
10.1.9  RETURN语句
10.1.10  空操作语句
10.2  并行语句
10.2.1  并行信号赋值语句
10.2.2  块语句结构
10.2.3  并行过程调用语句
10.2.4  元件例化语句
10.2.5  生成语句
10.2.6  REPORT语句
10.2.7  断言语句
10.3  属性描述与定义语句
习题
实验与设计
10-1  移位相加硬件乘法器设计
10-2  等精度频率计/相位计设计
10-3  基于8051单片机IP核的等精度频率计单片系统设计(LCD显示)
10-4  基于8051单片机IP核的等精度频率计单片系统设计(LED显示)
第11章  优化和时序分析
11.1  资源优化
11.1.1  资源共享
11.1.2  逻辑优化
11.1.3  串行化
11.2  速度优化
11.2.1  流水线设计
11.2.2  寄存器配平
11.2.3  关键路径法
11.3  优化设置与时序分析
11.3.1  Settings设置
11.3.2  HDL版本设置及Analysis & Synthesis功能
11.3.3  Analysis & Synthesis的优化设置
11.3.4  适配器Fitter设置
11.3.5  增量布局布线控制设置
11.3.6  使用Design Assistant检查设计可靠性
11.3.7  时序设置与分析
11.3.8  查看时序分析结果
11.3.9  适配优化设置示例
11.3.10  Slow Slew Rate设置
11.3.11  LogicLock优化技术
11.4  Chip Editor应用
11.4.1  Chip Editor应用实例
11.4.2  Chip Editor功能说明
11.4.3  利用Change Manager检测底层逻辑
习题
实验与设计
11-1  采用流水线技术设计高速数字相关器
11-2  线性反馈移位寄存器设计
11-3  直接数字式频率合成器(DDS)设计
11-4  基于DDS的数字移相信号发生器设计
11-5  基于DDS的幅度调制AM信号发生器设计
11-6  频率调制FM信号发生器设计
第12章  系统仿真
12.1  仿真
12.2  VHDL源程序仿真
12.3  仿真激励信号的产生
12.4  VHDL测试基准
12.5  VHDL系统级仿真
12.6  使用ModelSim进行仿真
12.7  VHDL的RTL表述
12.7.1  行为描述
12.7.2  数据流描述
12.7.3  结构描述
第13章  电子系统设计实践
13.1  VGA彩条信号显示控制器设计
13.2  VGA图象显示控制器设计
13.3  步进电机细分驱动控制
13.4  直流电机的PWM控制
习题
实验与设计
13-1 VGA彩条信号显示控制器设计
13-2 VGA图像显示控制器设计
13-3 步进电机细分驱动控制实验
13-4 直流电机PWM控制实验
附录
参考文献


 
 
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