VHDL数字电路设计教程-图书-人邮教育社区

内容摘要

　　本书主要讲述硬件描述语言VHDL及其在数字电路设计中的建模和仿真，内容包括VHDL语言学习基础、语法规则和模型结构、数字电路的VHDL建模、VHDL硬件描述等。本书在内容结构的组织上有独特之处，如将并行描述语句、顺序描述语句、数据类型与运算操作符和属性等独立成章，使读者更容易清晰准确地掌握这些重要内容。本书注重设计实践，给出了大量完整设计实例的电路图、相关基本概念、电路工作原理以及仿真结果，从而将VHDL语法学习和如何采用它进行电路设计有机地结合在一起，并通过深入浅出的操作点拨，提升学生对VHDL的理性认识，提高学生的研究能力。
　　本书可作为高等院校电子工程、通信工程、自动化、电气工程等专业的教材及实验指导，也可作为相关专业技术人员的自学参考书。

目　录

第 1章　绪论　1
1.1　VHDL的发展　1
1.2　VHDL的特点　1
1.3　VHDL设计流程　2
1.3.1　接受设计任务　3
1.3.2　确定功能要求　3
1.3.3　进行设计　3
1.3.4　源代码模拟　3
1.3.5　综合、优化和布局布线　3
1.3.6　布局布线后的设计模拟　3
1.3.7　器件编程　3
1.4　VHDL综合工具　4
1.4.1　QuartusⅡ综合工具　4
1.4.2　ISE综合工具　6
1.4.3　ModelSim仿真工具　6
1.5　CPLD和FPGA概述　6
1.5.1　GAL元件　6
1.5.2　CPLD　6
1.5.3　FPGA　7

第 2章　VHDL语法基础　8
2.1　VHDL描述结构　8
2.1.1　库描述　8
2.1.2　实体　8
2.1.3　结构体　8
2.2　结构体的描述　9
2.3　进程　10
2.3.1　进程语句的格式　10
2.3.2　进程的敏感表　10
2.4　VHDL数据对象　11
2.4.1　信号　11
2.4.2　变量　11
2.4.3　常量　11
2.4.4　TO和DOWNTO关键字　12

第3章　数据类型　13
3.1　基本数据类型　13
3.1.1　整型数据(INTEGER)　13
3.1.2　实型数据(REAL & FLOATING)　13
3.1.3　位和位矢量(BIT & BIT_VECTOR)　14
3.1.4　布尔类型数据(BOOLEAN)　14
3.1.5　字符与字符串(CHARACTER & STRING)　14
3.1.6　物理类型(PHYSICAL)　14
3.1.7　自然数和正整数(NATURAL & POSITIVE)　15
3.2　自定义数据类型　15
3.2.1　枚举类型　16
3.2.2　整数类型　16
3.2.3　实数类型和浮点类型　16
3.2.4　数组类型　16
3.2.5　存取类型　17
3.2.6　文件类型　17
3.2.7　记录类型(RECORD)　18
3.2.8　时间类型(TIME)　18
3.3　数据类型转换　19
3.3.1使用转换函数　19
3.3.2　使用类型标记法转换数据类型　20

第4章　VHDL操作符及属性　21
4.1　VHDL操作符　21
4.1.1　赋值操作符　21
4.1.2　逻辑操作符　21
4.1.3　算术操作符　22
4.1.4　关系操作符　23
4.1.5　移位操作符　24
4.1.6　连接操作符　24
4.1.7　操作符重载　25
4.2　VHDL的属性　26
4.2.1　预定义属性　26
4.2.2　值类型属性　26
4.2.3　函数类型属性　27
4.2.4　信号类型属性　30
4.2.5　TYPE类型属性　31
4.2.6　RANGE类型属性　31
4.2.7　用户自定义属性　32
4.3　GENERIC参数传递　32
4.4　VHDL设计实例　33
4.4.1　十六进制7段译码器　33
4.4.2　16位乘16位的乘法器　34
4.4.3　波形发生器　35

第5章　VHDL中的顺序语句　38
5.1　信号赋值语句和变量赋值语句　38
5.2　WAIT语句　39
5.2.1　WAIT ON　39
5.2.2　WAIT UNTIL　40
5.2.3　WAIT FOR　40
5.2.4　多条件等待语句　41
5.2.5　超时等待的处理　41
5.3　IF语句　41
5.4　CASE语句　44
5.5　LOOP语句　46
5.5.1　FOR LOOP循环　47
5.5.2　WHILE LOOP循环　47
5.6　NEXT语句　48
5.7　EXIT语句　49
5.8　RETURN语句　49
5.9　NULL语句　50
5.10　过程调用语句　51
5.11　断言语句　52
5.12　REPORT语句　53

第6章　VHDL中的并行语句　56
6.1　进程语句　56
6.2　块语句　58
6.3　并行信号代入语句　60
6.3.1　并发信号代入语句　61
6.3.2　条件信号代入语句　62
6.3.3　选择信号代入语句　63
6.4　并行断言语句　64
6.5　并行过程调用语句　65
6.6　参数传递语句　66
6.7　元件例化语句　67
6.8　生成语句　69
6.8.1　FOR-GENERATE模式的生成语句　69
6.8.2　IF-GENERATE模式　71

第7章　VHDL子程序和元件例化　74
7.1　程序包　74
7.1.1　程序包的说明　75
7.1.2　程序包体的描述　75
7.1.3　程序包的使用　76
7.2　层次化建模和元件例化　76
7.2.1　层次化建模　77
7.2.2　元件声明　77
7.2.3　端口映射　78
7.2.4　GENERIC映射　79
7.3　函数和过程　80
7.3.1　函数　80
7.3.2　全局函数和局部函数　81
7.3.3　过程　81
7.3.4　全局过程和局部过程　82
7.3.5　子程序的重载　82
7.3.6　函数和过程的比较　83
7.4　元件配置和子程序应用实例　83
7.4.1　元件例化实例　83
7.4.2　函数应用实例　86

第8章　组合逻辑电路设计　88
8.1　门电路　88
8.1.1　二输入与门电路　88
8.1.2　二输入或门电路　89
8.1.3　二输入与非门电路　90
8.1.4　二输入或非门电路　92
8.1.5　反相门电路　94
8.1.6　二输入异或门电路　95
8.1.7　三输入与非门电路　96
8.2　编码器和译码器　97
8.2.1　编码器　97
8.2.2　译码器　101
8.3　多路选择器　102
8.4　运算器　105
8.4.1　比较器　105
8.4.2　加法器　106
8.4.3　求补器　107
8.5　三态门　107

第9章　时序逻辑电路的设计　109
9.1　触发器　109
9.1.1　D触发器　109
9.1.2　JK触发器　110
9.1.3　T触发器　112
9.1.4　锁存器　113
9.2　寄存器和移位寄存器　114
9.2.1　寄存器　114
9.2.2　移位寄存器　115
9.3　计数器　118
9.3.1　同步计数器　119
9.3.2　异步计数器　120
9.4　分频器　122

第 10章　有限状态机　129
10.1　有限状态机概述　129
10.2　有限状态机的建模　129
10.2.1　状态的处理　130
10.2.2　模型的构建　130
10.3　状态编码　131
10.3.1　顺序码　131
10.3.2　枚举类型的编码　131
10.3.3　一位有效编码　131
10.3.4　综合工具的设置　131
10.3.5　定义编码方式的语法格式　132
10.3.6　初始化有限状态机　132
10.4　有限状态机的设计实例　133
10.4.1　Moore有限状态机　133
10.4.2　Mealy有限状态机　135
10.4.3　交通信号灯　137
10.4.4　硬币兑换机　140

第 11章　扩频通信技术　144
11.1　分频器　144
11.1.1　偶数分频器的设计　144
11.1.2　奇数分频器的设计　145
11.1.3　半整数分频器的设计　148
11.1.4　大数目分频器的设计　149
11.2　循环冗余校验(CRC)　151
11.2.1　CRC的基本原理　151
11.2.2　CRC的实现方法　152
11.2.3　CRC程序的实现　152
11.3　快速加法器　153
11.3.1　并行加法器　154
11.3.2　流水线加法器　156

第 12章　SAP-1 CPU电路设计　159
12.1　SAP-1 CPU及计算机的组成结构简介　159
12.2　SAP-1 CPU指令、寻址法、程序设计　161
12.3　16×8的ROM设计与仿真　162
12.4　SAP-1 CPU设计与仿真　164
12.4.1　SAP-1指令周期　164
12.4.2　SAP-1 CPU设计　165
12.4.3　CPU设计的完整代码　172

参考文献　175