数字逻辑电路实践教程--基于FPGA和Verilog

本书是一本数字逻辑电 路设计的实践教材。全书分 为7章，第1～3章以“技术” 为主，主要介绍现代逻辑电 路的发展、主流FPGA的软 硬件开发平台、Verilog硬件 描述语言及Quartus和 Vivado两款EDA软件的使用 ；第4、5章以“理论”为主， 主要介绍数字逻辑电路中常 用的逻辑电路及Verilog实现 、状态机理论及硬件实验中 常用的外围电路；第6、7章 以“实践”为主，分为基础实 验和综合设计两个环节。基 础实验题目具有一定的层次 性、设计性和应用性，可帮 助学生巩固知识并掌握基本 技能；综合设计题目具有一 定的系统性和工程性，并留 有创新的空间，通过这些题 目的练习，能够提升数字逻 辑电路的设计能力、动手能 力及工程实践能力。 本书可作为高等院校计 算机科学与技术、物联网工 程、电子信息、自动控制等 专业“数字逻辑电路设计”“ 数字系统设计”等课程的实 验教学用书，也可作为从事 数字系统设计相关技术人员 的参考书。

鲁鹏程，博士，高级实验师，长期从事计算机系统、嵌入式等领域的科研和教学工作，先后主讲“计算机组成原理”、“计算机体系结构”、“数字逻辑实验”及“计算机硬件类综合型课程设计”等多门本科生课程，参与出版教材2本，译著3部，在国内外重要期刊和会议上发表10余篇学术论文。

第1章 概述 1.1 逻辑器件概述 1.1.1 固定逻辑芯片 1.1.2 可编程逻辑器件 1.2 主流FPGA平台概述 1.2.1 Intel FPGA产品概况 1.2.2 Xilinx FPGA产品概况 1.3 FPGA开发软硬件平台 1.3.1 硬件平台选择 1.3.2 软件开发平台 1.4 基于FPGA的数字逻辑实验 1.4.1 实验预习 1.4.2 实验过程 1.4.3 实验报告 第2章 Verilog HDL基础 2.1 Verilog HDL简介 2.2 Verilog HDL基本结构 2.2.1 模块定义 2.2.2 模块实例化 2.3 Verilog HDL语言要素 2.3.1 标识符 2.3.2 关键字 2.3.3 注释 2.3.4 常量 2.3.5 参数 2.3.6 变量 2.3.7 运算符 2.4 Verilog HDL基本语句 2.4.1 赋值语句 2.4.2 always块语句 2.4.3 initial块语句 2.4.4 条件语句 2.4.5 循环语句 2.4.6 任务和函数 2.5 Verilog HDL验证 2.5.1 Testbench文件的基本格式 2.5.2 时钟激励产生 2.5.3 复位信号设计 2.5.4 数据信号的产生 2.5.5 系统函数和系统任务 2.6 Verilog代码规范 2.6.1 命名规范 2.6.2 编码规范 2.6.3 注释规范 第3章 基于FPGA和EDA的数字逻辑电路设计 3.1 FPGA设计流程 3.2 设计实例——四人表决器 3.3 基于Quartus的数字逻辑电路开发流程 3.3.1 创建工程 3.3.2 设计输入 3.3.3 编译工程 3.3.4 波形仿真 3.3.5 引脚分配 3.3.6 编程下载 3.3.7 层次化设计 3.4 基于Vivado的数字逻辑电路开发流程 3.4.1 创建工程 3.4.2 添加设计文件 3.4.3 仿真 3.4.4 综合 3.4.5 实现 3.4.6 编程下载 3.4.7 层次化设计 第4章 基本逻辑电路设计实例 4.1 常用组合逻辑电路的设计 4.1.1 编码器 4.1.2 译码器 4.1.3 数据选择器 4.1.4 数值比较器 4.1.5 加法器 4.2 常用时序逻辑电路的设计 4.2.1 锁存器和触发器 4.2.2 计数器 4.2.3 寄存器 4.2.4 移位寄存器 4.2.5 存储器 4.3 有限状态机的设计 4.3.1 有限状态机简介 4.3.2 有限状态机设计实例 第5章 数字系统常用外围电路 5.1 输入模块 5.1.1 开关和按键 5.1.2 矩阵式键盘 5.2 显示模块 5.2.1 发光二极管 5.2.2 数码管 5.2.3 LED点阵 5.2.4 LCD液晶屏 5.2.5 OLED液晶屏 5.2.6 VGA显示 5.3 机电控制模块 5.3.1 继电器模块 5.3.2 直流电机 5.3.3 步进电机 5.3.4 舵机 5.4 其他模块 5.4.1 蜂鸣器 5.4.2 超声波测距 5.4.3 温湿度传感器 第6章 基础实验 6.1 组合逻辑电路设计 6.1.1 实验目的 6.1.2 实验任务及要求 6.1.3 实验步骤 6.2 寄存器电路设计 6.2.1 实验目的 6.2.2 实验任务及要求 6.3 计数器电路设计 6.3.1 实验目的 6.3.2 实验任务及要求 6.4 状态机电路设计 6.4.1 实验目的 6.4.2 实验任务及要求 6.5 常用外设驱动电路的设计 6.5.1 实验目的 6.5.2 实验任务及要求 6.6 常用接口协议设计 6.6.1 实验目的 6.6.2 实验任务及要求 第7章 综合设计 7.1 数字系统设计 7.1.1 数字系统的构成 7.1.2 设计方法 7.1.3 设计过程 7.2 设计实例——数字秒表 7.2.1 设计要求 7.2.2 系统设计 7.2.3 详细设计 7.3 设计题目 7.3.1 自动售票机 7.3.2 四人抢答器 7.3.3 交通灯控制器 7.3.4 保险箱数字锁控制器 7.3.5 乒乓球游戏机 7.3.6 数字钟电路 7.3.7 出租车计价器 7.3.8 洗衣机控制器 7.3.9 电梯控制器 7.3.10 自命题 附录A 数码管字形码 附录B Verilog HDL中的关键字 附录C 实验台外设引脚分配表 附录D 实验任务单 参考文献