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周立功EDA实验与实践 绝对稀有的好资料,网上电子版比较难找
内容简介
本书根据教学实验操作的要求,以提高设计水平、增强动手实践能力为目的,通过实验深入浅出地介绍EDA技术及相关知识。全书分为5章:第1章详细分析本实验教程所对应实验平台的硬件电路;第2章简单介绍进行本实验教程实验前所应做的一些准备工作;第3~5章列出大量实用、创新的EDA实验,介绍EDA开发的基本流程、Quartus II软件的基本应用,以及EDA应用开发的相关知识。
本书以实战为主,提供了完整的程序源码和电路图,结合所配套的SmartSOPC、SmartEDA实验箱,可以帮助初学者达到快速掌握EDA技术的目的。
本书可作为高等院校电子工程、计算机、微电子、通信、自动控制等相关专业EDA课程的实验教材,也可以作为EDA初学者的参考资料。
前 言
EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)技术是现代电子工程领域的一门新技术,它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发展和推广应用极大地推动了电子工业的发展。随着EDA技术的发展,硬件电子电路的设计几乎全部可以依靠计算机来完成,这样就大大缩短了硬件电子电路设计的周期,从而使制造商可以快速开发出品种多、批量小的产品,以满足市场的需求。EDA教学和产业界的技术推广是当今世界的一个技术热点,EDA技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术。
本实验教程中的一部分实例是经常使用的实用程序模块,另一部分则是历届电子设计竞赛的题目,所有实例都在Quartus II 5.0软件平台上进行过编译、仿真并可通过SmartSOPC、SmartEDA多功能教学开发平台进行下载,实际测试,因而均可以作为进一步开发的参考。
以本实验教程作者们的经验,EDA技术只有通过大量的操作与实践才能很好并快速地掌握,为此本实验教程内容编排力求实用,深入浅出、由易到难地列举了很多实例。在教程中,作者努力做到不仅讲述怎样进行实验,而且分析为什么这样做,以便读者深刻理解并快速掌握。
本实验教程的内容编排如下:
第1章详细分析了本实验教程所对应实验平台的硬件电路,包括核心板和主板两部分,为读者设计自己的硬件电路提供参考。
第2章简单介绍了进行本实验教程实验前所应做的一些准备工作,读者们必须按照本章要求完成准备工作,才能正确的进行其他章节的实验内容。
第3章列出了一些EDA基础实验,目的是让读者通过这些实验掌握EDA开发的基本流程,并熟悉Quartus II软件的使用。本章的实验较为简单,但采用STEP BY STEP的方式能够让读者以最快的方式了解EDA开发以及软件的使用,从而激起读者对EDA技术的兴趣。
第4章列出了一些EDA进阶实验,主要涉及到一些算法及状态机的设计和应用开发。包括乘法器、相关器、CRC的设计、ADC/DAC状态机的设计及DDS/VGA的应用设计等实验。
第5章列出了一些EDA综合实验,包括VGA的图像显示设计、PS/2键盘鼠标控制器的设计、简易逻辑分析仪的设计、FFT/FIR IP Corer的应用设计等。实验的选题以创新、实用为主。实验内容中详细的分析了设计原理及应用方法,以便于读者理解学习。
附录A为本实验教程的开发平台(SmartSOPC、SmartEDA多功能教学实验开发平台)的FPGA的引脚分配表。
附录B为本实验教程的开发平台的部分硬件电路原理图。
附录C首先简单介绍了逻辑分析仪的基础知识,重点比较了逻辑分析仪与示波器的区别,以此得出逻辑分析仪在数字电路设计中的重要作用,最后向读者简单介绍了广州致远电子有限公司的LA系列高性能逻辑分析仪。
附录D介绍了一些学习EDA技术的相关资源。
在阅读本教程的过程中,请读者注意以下几点:
(1)本教程的代码和算法力求简单易懂,在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅供学习使用,暂不考虑用作实际项目;另一方面,作者认为在读者对本教程的内容有足够的了解之后再考虑效率和实用性也不迟。
(2)本教程列出了作者们在验证本教程内容过程中遇到的一些问题的解决方法和注意事项,书中特别用表示出来。
(3)由于缺乏相应的中文资料,一些内容是在Altera英文文档及软件帮助内容的基础上翻译的,在翻译过程中一些表达可能不恰当,为此在括号内给出了相应的英文表达,以便于读者更好的理解。
(4)本教程基于广州致远电子有限公司的SmartSOPC、SmartEDA多功能教学实验开发平台,如果读者没有该实验开发平台或使用其他类似的开发平台,也能从本教程的部分章节中受益。
(5)本实验教程既适合SmartSOPC实验箱QuickSOPC-1C6用户、QuickSOPC-1C12用户,也适合SmartEDA实验箱QuickEDA用户。
(6)本实验教程中的所有实验源程序皆以Verilog HDL语言提供,考虑到各高校EDA教学中使用的硬件语言不同,为此在实验开发平台配套的光盘中也提供所有实验的VHDL源程序。
(7)本书正文多处提到“产品配套光盘”,此光盘为SmartSOPC和SmartEDA多功能教学实验开发平台的配套光盘,购买这两款数学开发平台的用户,可随设备获得该光盘。该光盘提供所有实验的VerilogHDL源代码及VHDL源代码。
本教程在写作过程中遵循“宁可啰唆一点,也不放过细节”的方针和“基础、实用、创新”的原则。在教程中的某些地方,有些读者可能觉得很“简单”,甚至显得有些啰唆,但对于大多数初学者可能并非如此。因为作者认为,足够简单甚至可以跳过的内容,对某些读者来说,未必能一下子就弄清楚,所以,本教程在很多地方将尽量阐述清楚,以节省读者理解的时间。但在后面的章节中,如果涉及的细节在前面章节中已经提及,这些内容就会省略。
最后作者要强调的是,本教程旨在引路,不会带领读者进行更深层次的开发,更高级的应用希望读者自己去挖掘。
本教程适合于高等院校电子工程、计算机、微电子、通信、自动控制等专业以及对此类专业感兴趣的高年级本科生和研究生。相信本教程的读者只要认真、勤奋地实践书中的内容,就能体会到实践而带来的一次又一次的成就感,而成就感是学习过程中的快乐源泉,学习效率也会因此而提高,读者也因此能较快地进入EDA技术世界。
参与本书编写和工作的主要人员有芮文彬、周书武、许惠泉、刘英斌等,本书由周立功负责规划、内容编排、定稿与修改。
EDA技术是不断发展变化的,要掌握EDA技术的精髓,需要设计者在实践过程中不懈地摸索和积累,逐步提高自己的设计水平,本实验教程试图起到快速入门、抛砖引玉的作用,但由于作者的水平有限,书中的内容难免有疏忽、不恰当甚至错误的地方,恳请各位老师及其同行指正,并请您将阅读中发现的错误或建议发送到tools@embedtools.com,以使本教程不断的完善。
读者若需要购买配套的SmartSOPC、SmartEDA多功能教学实验开发平台,请与广州周立功单片机发展有限公司联系(联系方式见本书最后)。
周立功
2007年3月
目 录
第1章 SmartSOPC、SmartEDA教学实验开发平台 1
1.1 实验开发平台功能特点 2
1.2 核心板电路分析 3
1.2.1 核心板硬件原理框图 3
1.2.2 FPGA电路 5
1.2.3 存储电路 6
1.2.4 配置电路 12
1.2.5 复位电路 17
1.2.6 时钟电路 18
1.2.7 FPGA I/O口分配电路 19
1.2.8 扩展接口电路 20
1.2.9 独立按键及LED电路 22
1.2.10 电源电路 23
1.3 主板电路分析 24
1.3.1 电源电路 25
1.3.2 按键及LED电路 25
1.3.3 蜂鸣器电路 26
1.3.4 七段数码管显示电路 26
1.3.5 液晶显示电路 27
1.3.6 16×16 LED点阵电路 28
1.3.7 RS232串口电路 29
1.3.8 RS485接口电路 29
1.3.9 红外通信电路 30
1.3.10 以太网接口电路 31
1.3.11 USB接口电路 32
1.3.12 步进电机电路 32
1.3.13 直流电机电路 33
1.3.14 VGA接口电路 34
1.3.15 PS/2键盘鼠标接口电路 35
1.3.16 串行D/A、A/D电路 35
1.3.17 实时时钟电路 36
1.3.18 数字温度传感器电路 37
1.3.19 SD/MMC卡接口电路 38
1.3.20 外设PACK接口电路 39
1.3.21 主板与核心板接口 40
1.3.22 主板上的跳线 41
1.4 高速AD/DA PACK板 41
1.5 红外遥控器电路 42
第2章 实验准备工作 43
2.1 QuickSOPC-1C6、QuickSOPC-1C12和QuickEDA简介 43
2.2 实验平台电源连接 44
2.3 安装ByteBlaster II下载电缆 45
2.3.1 安装ByteBlasterII驱动程序 45
2.3.2 在Quartus II中添加Altera ByteBlaster II下载电缆 46
第3章 EDA基础实验 48
3.1 应用Quartus II完成LED的驱动 48
3.2 流水灯 64
3.3 读取按键信号 68
3.4 静态数码管显示 71
3.5 动态数码管显示 76
3.6 按键去抖动 80
3.7 1位全加器的文本输入(波形仿真应用) 84
3.8 含异步清0和同步时钟使能的4位加法计数器 92
3.9 8位硬件加法器 96
3.10 数控分频器 99
3.11 8位十进制频率计 102
3.12 蜂鸣器输出报警声 107
3.13 硬件电子琴 108
3.14 硬件乐曲自动演奏电路 111
3.15 数字时钟 115
第4章 EDA进阶实验 121
4.1 用状态机实现序列检测器 121
4.2 移位相加8位硬件乘法器 124
4.3 采用流水线技术的高速数字相关器 128
4.4 线性反馈移位寄存器(LFSR) 133
4.5 循环冗余校验编码(CRC) 139
4.6 通用异步收发器(UART) 146
4.7 红外收发通信 155
4.8 直流电机PWM控制 157
4.9 步进电机细分驱动控制 162
4.10 用状态机实现对TLC549的采样控制(A/D实验) 168
4.11 用状态机实现TLC5620的控制(D/A实验) 175
4.12 波形发生与扫频信号发生器(LPM_ROM定制) 183
4.13 数字锁相环PLL的应用 190
4.14 直接数字频率合成器(DDS) 195
4.15 高速A/D数据采集(嵌入式逻辑分析仪SignalTap II的调用) 200
4.16 液晶显示屏LCD显示 208
4.17 VGA彩色信号显示控制器 217
第5章 EDA综合实验 225
5.1 VGA图像显示的设计与应用 225
5.2 PS/2鼠标接口设计与VGA显示控制 232
5.3 PS/2键盘接口设计与VGA显示控制 254
5.4 基于VGA显示的10路逻辑分析仪 281
5.5 FIR数字滤波器305
5.6 基于VGA显示的频谱分析仪(FFT) 314
附录A SmartSOPC、SmartEDA核心板FPGA引脚分配 347
附录B AD_DA PACK原理图 354
附录C LA系列高性能逻辑分析仪 355
附录D 一些EDA设计相关的网站 360
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