FPGA开发技术与应用实践

本书结合行业新技术发展和岗位技能需求，以实用性为出发点，通过企业工程实践中提炼的23个典型工作任务，循序渐进地介绍FPGA应用开发技术。 全书共分为8章。第1～3章以5个典型工作任务为主线，介绍FPGA应用开发基础知识，包括硬件平台、Quartus Ⅱ集成开发环境、Verilog HDL硬件描述语言和ModelSim仿真环境。第4～6章以15个典型工作任务（含6个综合应用项目）为主线，介绍FPGA与外设接口电路的应用设计，包括LED灯、按键、数码管、液晶、PS2和VGA。第7～8章以3个典型工作任务为主线，介绍基于FPGA的嵌入式处理器的应用设计，包括MC8051和Nios Ⅱ。本书以典型工作任务为主线编排教学内容，方便开展项目化教学，操作性强。 本书为高等职业本专科院校EDA技术和FPGA应用开发技术等课程的教材，也可作为开放大学、成人教育、自学考试、中职学校、培训班的教材，以及工程技术人员的参考书。 本书提供免费的电子教学课件、源代码、习题参考答案等，详见前言。

第1章 硬件平台及集成开发环境
任务1 键控LED灯亮灭
1.1 FPGA工作原理及开发平台
1.1.1 FPGA工作原理
1.1.2 开发平台与常用接口
1.2 基于Quartus Ⅱ的数字设计流程
1.2.1 创建源文件
1.2.2 创建工程
1.2.3 编译设置
1.2.4 引脚锁定和编程下载
知识小结
习题1
第2章 HDL语言基础
任务2 二选一多路选择器设计
2.1 Verilog HDL基本程序结构
任务3 设计3位移位寄存器
2.2 Verilog HDL语言的数据类型和运算符
2.2.1 标识符
2.2.2 数据类型
2.2.3 常量
2.2.4 运算符和表达式
任务4 设计1位全加器
2.3 Verilog HDL语言的描述语句
2.3.1 结构描述形式
2.3.2 数据流描述形式
2.3.3 行为描述形式
2.4 可综合与不可综合语法结构
2.5 Verilog代码书写规范
知识小结
习题2
第3章 ModelSim仿真
任务5 十六进制计数器的设计及仿真
3.1 ModelSim软件的使用
3.2 延时
3.3 常用块语句
3.3.1 initial块语句
3.3.2 顺序块begin…end
3.3.3 并行块fork…join
3.3.4 嵌套块
3.4 常用系统函数和任务
3.4.1 输出系统任务$display、$write和$strobe
3.4.2 监控系统任务$monitor
3.4.3 时间度量系统任务$time和$realtime
知识小结
习题3
第4章 FPGA基础应用设计
任务6 控制LED灯闪烁
4.1 控制LED灯闪烁
4.2 使用TCL Script
任务7 分频器设计
4.3 分频器
4.3.1 偶数分频
4.3.2 2n分频
任务8 使用状态机实现LED流水灯设计
4.4 状态机建模
4.4.1 状态机
4.4.2 状态机建模实现LED流水灯
任务9 使用层次建模实现LED流水灯设计
4.5 层次建模
4.5.1 层次建模实现LED流水灯
4.5.2 层次建模端口连接规则
4.5.3 使用RTL Viewer
4.5.4 使用Chip Planner
知识小结
习题4
第5章 FPGA常用接口应用设计
任务10 数码管显示动态信息
5.1 数码管应用设计
5.1.1 单数码管显示原理
5.1.2 多数码管显示原理
5.1.3 数码管显示IP核
数码管应用示例1：秒计数器设计
数码管应用示例2：数码管滚动显示信息
任务11 键控数码管显示信息
5.2 按键应用设计
5.2.1 按键状态检测
5.2.2 按键消抖基本原理
按键应用示例1：按键计数并显示
按键应用示例2：键控数码管在不同信息间的切换
任务12 控制液晶显示信息
5.3 液晶应用设计
5.3.1 液晶显示原理
5.3.2 液晶显示IP核
液晶应用示例1：显示计数信息
液晶应用示例2：滚动显示信息
任务13 显示标准键盘通码
5.4 PS2接口应用设计
5.4.1 PS2接口协议
5.4.2 PS2键盘扫描码
5.4.3 PS2键盘IP核
PS2键盘应用示例：显示按键通码
任务14 控制VGA显示彩条和方块
5.5 VGA接口应用设计
5.5.1 VGA显示原理
5.5.2 VGA显示IP核
VGA应用示例1：在VGA上显示条纹
VGA应用示例2：在VGA上显示移动方块
PS2和VGA混合应用示例：PS2键盘控制VGA显示
知识小结
习题5
第6章 FPGA综合应用设计
任务15 呼吸灯设计
6.1 呼吸灯
6.1.1 呼吸灯原理
6.1.2 呼吸灯设计实现
6.1.3 拓展练习
任务16 序列检测器设计
6.2 序列检测器
6.2.1 脉冲产生电路设计
6.2.2 序列检测器设计实现
6.2.3 拓展练习
任务17 反应测量仪设计
6.3 反应测量仪
6.3.1 反应测量仪设计实现
6.3.2 拓展练习
任务18 数字跑表设计
6.4 数字跑表
6.4.1 数字跑表设计实现
6.4.2 拓展练习
任务19 多功能数字钟设计
6.5 多功能数字钟
6.5.1多功能数字钟设计实现
6.5.2 拓展练习
任务20 贪吃蛇游戏设计
6.6 贪吃蛇游戏
6.6.1 贪吃蛇游戏架构设计
6.6.2 贪吃蛇游戏设计实现
6.6.3 拓展练习
知识小结
习题6
第7章 基于MC8051处理器核的应用设计
任务21 基于MC8051处理器的数字钟设计
7.1 MC8051软核的基本结构
7.1.1 MC8051层次结构
7.1.2 MC8051硬件配置
7.1.3 MC8051使用说明
7.2 MC8051软核在Quartus Ⅱ中的应用
7.2.1 新建原理图文件和Quartus Ⅱ工程
7.2.2 生成ROM/RAM模块
7.2.3 生成MC8051符号
7.2.4 顶层原理图设计
7.3 MC8051软核的软件代码及下载
7.3.1 MC8051软件代码
7.3.2 MC8051软件的下载方法
知识小结