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第1章 数字电路与FPGA技术概述 1

1.1 数字电路概述 1

1.1.1 数字电路的特点 1

1.1.2 数字电路的分类 1

1.1.3 数字逻辑电路设计中的重要问题 2

1.2 C语言与Verilog HDL的区别与联系 3

1.2.1 C语言与Verilog HDL的区别 3

1.2.2 C语言与Verilog HDL的联系 4

1.3 FPGA基本结构介绍 4

1.4 时序分析和约束条件 6

1.4.1 周期约束 6

1.4.2 偏移约束 7

1.4.3 分组约束 10

1.4.4 静态路径约束 11

1.5 ISE与ChipScope流程及其作用与含义 12

1.5.1 ISE使用流程 12

1.5.2 ChipScope使用流程 22

1.6 FPGA设计原则与技巧 27

1.6.1 FPGA设计的原则 27

1.6.2 FPGA设计的技巧 28

第2章 数字电路基础单元的FPGA实现 30

2.1 组合逻辑电路的FPGA实现 30

2.1.1 三态门 30

2.1.2 编码器 35

2.1.3 译码器 38

2.1.4 数据选择器 42

2.1.5 数值比较器 46

2.1.6 奇偶校验器 53

小结 55

思考题 56

2.2 时序逻辑电路的FPGA实现 56

2.2.1 触发器 56

2.2.2 锁存器 61

2.2.3 寄存器 71

2.2.4 计数器 73

小结 78

思考题 79

2.3 状态机设计实例 79

2.3.1 状态机设计概述 79

2.3.2 序列检测器 81

2.3.3 串／并转换器 82

小结 94

思考题 94

第3章 运算电路的PFGA实现 96

3.1 加法器 96

3.1.1 半加器和全加器 96

3.1.2 加法器的FPGA设计与实现 97

小结 101

思考题 102

3.2 乘法器 102

3.2.1 移位相加乘法器 102

3.2.2 查找表乘法器 104

3.2.3 加法器树乘法器 105

3.2.4 混合型乘法器 106

小结 106

思考题 106

3.3 除法器 107

3.3.1 原码除法运算原理 107

3.3.2 恢复余数法除法器 108

小结 109

思考题 109

第4章 计数器的FPGA实现 110

4.1 分频器 110

4.1.1 分频器的实现方式 110

4.1.2 分频器的FPGA设计与实现 110

小结 122

思考题 123

4.2 多功能数字钟的设计 123

4.2.1 多功能数字钟的组成 123

4.2.2 分模块的FPGA设计与实现 123

4.2.3 板上调试过程 127

小结 130

思考题 130

第5章 存储器的FPGA实现 131

5.1 异步FIFO存储器 131

5.1.1 概述 131

5.1.2 异步FIFO存储器的结构和应用 131

5.2 用Gray码指针实现的异步FIFO存储器 138

5.2.1 Gray码 138

5.2.2 异步FIFO存储器的实现方案 142

5.2.3 仿真验证及板上调试 154

小结 158

思考题 159

第6章 接口电路的FPGA实现 160

6.1 通用异步收发器 160

6.1.1 概述 160

6.1.2 采用移位寄存器实现UART的设计 163

6.1.3 采用计数器实现UART的设计 164

小结 167

思考题 167

6.2 SPI主控制器 168

6.2.1 SPI接口原理 168

6.2.2 SPI的电路设计 171

小结 175

思考题 175

6.3 I2C总线 175

6.3.1 I2C总线特点 176

6.3.2 I2C总线的工作原理 176

6.3.3 I2C总线控制器分模块的设计 179

6.3.4 I2C总线控制核的设计与实现 184

小结 185

思考题 186

参考文献 187