数字电路与系统教学实验教程

基础篇 3

第1章 EDA技术及其发展 3

1.1 集成电路产业基本规律 3

1.2 EDA产业的历史 3

1.2.1 计算机辅助设计阶段 4

1.2.2 计算机辅助工程阶段 4

1.2.3 电子设计自动化阶段 4

1.3 EDA工具的分类 4

1.3.1 电路设计与仿真工具 5

1.3.2 PCB设计软件 6

1.3.3 IC设计软件 6

1.3.4 FPGA设计工具 7

1.4 主要硬件描述语言 8

1.4.1 VHDL 8

1.4.2 Verilog HDL 9

1.4.3 System Verilog 9

1.4.4 SystemC 10

1.4.5 VHDL和Verilog HDL的比较 10

1.4.6 SystemC和System Verilog的比较 11

1.5 集成电路设计方法学 12

1.5.1 片上系统的概念 12

1.5.2 可编程片上系统的概念 12

1.5.3 片上系统设计方法学的概念 12

1.5.4 软硬件协同设计方法 14

1.5.5 基于虚拟原型的设计方法 15

1.5.6 IP核及IP复用 16

小结 17

第2章 可编程逻辑器件的发展及原理 18

2.1 可编程逻辑器件结构剖析 19

2.1.1 简单PLD的“与”阵列、“或”阵列平面结构 19

2.1.2 带宏单元的复杂可编程逻辑器件 21

2.1.3 FPGA 28

2.2 可编程逻辑器件的编程原理 29

2.2.1 熔丝型编程 29

2.2.2 反熔丝型编程 30

2.2.3 SRAM编程 30

2.2.4 EPROM编程 31

2.2.5 E2PROM编程 31

2.2.6 FPGA的发展趋势 32

2.3 Altera Cyclone Ⅱ简介 33

2.3.1 Altera公司的可编辑逻辑器件 33

2.3.2 Cyclone Ⅱ的总体结构 34

2.3.3 LE结构 35

2.3.4 LAB结构 36

2.3.5 全局时钟网络 37

2.3.6 DSP结构 38

小结 40

第3章 综合工具Quartus Ⅱ的使用 41

3.1 工程建立 41

3.2 建立设计 43

3.3 分析与综合 46

3.4 引脚分配 46

3.5 程序下载 47

3.6 SignalTap Ⅱ的使用 48

小结 50

第4章 仿真工具ModelSim的使用4.1 ModelSim仿真过程 51

4.2 加入Altera器件的仿真库 54

小结 56

第5章 TE3无线多媒体教学平台简介 57

5.1 概述 57

5.2 核心板 57

5.2.1 主要特性 58

5.2.2 核心板的主要器件 58

5.2.3 应用领域 59

5.3 扩展板 59

5.3.1 主要特性 60

5.3.2 主要器件及接口 60

5.3.3 应用领域 61

实验篇 65

第6章 LED实验 65

6.1 实验内容 65

6.2 实验原理 65

6.3 程序设计 66

6.4 仿真结果 67

6.5 演示程序文件说明 68

6.6 演示程序使用 68

第7章 脉冲发生器实验 69

7.1 实验内容 69

7.2 实验原理 69

7.3 程序设计 70

7.4 仿真结果 71

7.5 运行结果 72

7.6 演示程序文件说明 72

7.7 演示程序使用 72

第8章 脉宽调制（PWM）实验 73

8.1 实验内容 73

8.2 实验原理 73

8.3 程序设计 74

8.3.1 总体架构 74

8.3.2 PWM_Basic模块 75

8.3.3 PWM_Controller模块 75

8.4 程序仿真 77

8.5 演示程序文件说明 77

8.6 演示程序使用 78

8.7 实验中注意的问题 78

第9章 波形发生器实验 79

9.1 实验内容 79

9.2 实验原理 79

9.3 实验设计 80

9.3.1 程序架构 80

9.3.2 sine_wave模块 81

9.4 运行结果 85

9.5 演示程序文件说明 86

9.6 演示程序使用 86

第10章 键盘扫描及数码管显示实验 87

10.1 实验内容 87

10.2 实验原理 87

10.2.1 4×4扫描键盘原理 87

10.2.2 八段数码管显示原理 88

10.3 程序设计 90

10.3.1 总体架构 90

10.3.2 key_scan模块 90

10.3.3 scan_clk模块 90

10.3.4 scan模块 91

10.3.5 data_2_disp模块 93

10.3.6 disp_scan模块 94

10.4 仿真结果 95

10.5 运行结果 96

10.6 演示程序文件说明 96

10.7 演示程序使用 96

第11章 计算器实验 97

11.1 实验内容 97

11.2 实验原理 97

11.3 实验设计 97

11.3.1 总体架构 97

11.3.2 datain模块 98

11.3.3 calculate模块 102

11.4 仿真结果 102

11.5 演示程序文件说明 104

11.6 演示程序使用 104

第12章 数字钟实验 105

12.1 实验内容 105

12.2 实验原理 105

12.3 实验设计 106

12.3.1 总体架构 106

12.3.2 digital_clk模块 106

12.3.3 one_sec模块 106

12.3.4 time_set模块 107

12.3.5 time模块 107

12.4 仿真结果 109

12.5 演示程序文件说明 110

12.6 演示程序使用 111

第13章 SRAM接口实验 112

13.1 实验内容 112

13.2 实验原理 112

13.3 程序设计 115

13.3.1 总体架构 115

13.3.2 SRAM_F模块 116

13.3.3 SRAM_Tester模块 119

13.3.4 LED_indicator模块 122

13.4 程序仿真 122

13.5 运行结果 123

13.6 演示程序文件说明 124

13.7 演示程序使用 124

第14章 串行接口实验 125

14.1 实验内容 125

14.2 实验原理 125

14.3 程序设计 126

14.3.1 总体架构 126

14.3.2 mini_UART模块 127

14.3.3 clk_Unit模块 127

14.3.4 Rx_Unit模块 128

14.3.5 Rx_Unit模块 133

14.4 程序使用及设置要求 135

14.5 演示程序文件说明 136

14.6 注意事项 136

第1 5章 I2C接口实验 137

15.1 实验内容 137

15.2 实验原理 137

15.2.1 I2C总线的特点 137

15.2.2 I2C总线协议 137

15.2.3 从设备ADV7181的I2C接口 138

15.3 程序设计 139

15.3.1 总体架构 139

15.3.2 顶层模块I2C 139

15.3.3 INS_SDL和INS_SCL模块 140

15.3.4 I2C_config模块 140

15.3.5 Register_operation模块 141

15.3.6 I2C_access_control模块 141

15.3.7 I2C_Master模块 142

15.4 运行结果 150

15.5 演示程序文件说明 151

15.6 演示程序使用 152

第16章 BCH编码实验 153

16.1 实验内容 153

16.2 实验原理 153

16.3 实验设计 154

16.3.1 总体架构 154

16.3.2 m_serial模块 155

16.3.3 encoder模块 156

16.3.4 channel模块 158

16.3.5 decoder模块 158

16.4 仿真结果 160

16.5 运行结果 161

16.6 演示程序文件说明 161

16.7 演示程序使用 162

第17章 音频接口实验 163

17.1 实验内容 163

17.2 实验原理 163

17.2.1 音频芯片与FPGA的连接 163

17.2.2 音频芯片UDA1341TS的基本工作流程 165

17.2.3 UDA1341TS的控制接口时序 166

17.3 程序设计 167

17.3.1 总体架构 167

17.3.2 sound模块 168

17.3.3 L3_AUD_Control模块 169

17.3.4 L3_Control模块 170

17.4 运行结果 173

17.5 演示程序文件说明 173

17.6 演示程序使用 174

第18章 VGA接口实验 175

18.1 实验内容 175

18.2 实验原理 175

18.2.1 VGA接口电路原理图 175

18.2.2 VGA接口 175

18.2.3 VGA时序分析 175

18.2.4 VGA时序实现 178

18.3 程序设计 178

18.3.1 总体架构 178

18.3.2 TE3_Default模块 179

18.3.3 Reset_Delay模块 179

18.3.4 VGA_Controller模块 179

18.3.5 VGA_OSD_RAM模块 181

18.4 运行结果 183

18.5 演示程序文件说明 183

18.6 演示程序使用 183

第19章 视频接口实验 184

19.1 实验内容 184

19.2 实验原理 184

19.2.1 CVBS复合视频广播信号 184

19.2.2 ITU-R 601和ITU-R 656数字电视标准 185

19.3 程序设计 187

19.3.1 总结架构 187

19.3.2 TE3_DVD2VGA模块 188

19.3.3 I2C_AV_Config模块 189

19.3.4 TV to_VGA模块 189

19.3.5 itu_r656_decoder模块 191

19.3.6 dul_port_c1024模块 192

19.3.7 YCbCr2RGB模块 194

19.4 演示程序文件说明 194

19.5 演示程序使用 194

第20章 液晶屏和触摸屏实验 195

20.1 实验内容 195

20.2 液晶屏和触摸屏的原理 195

20.2.1 液晶屏的基本原理 195

20.2.2 触摸屏的基本原理 196

20.3 程序设计 198

20.3.1 总体架构 198

20.3.2 液晶显示模块Ping 199

20.3.3 touch模块 202

20.4 运行结果 204

20.5 演示程序文件说明 205

20.6 演示程序使用 205

第21章 Nios Ⅱ系统入门实验 206

21.1 实验内容 206

21.2 实验步骤 206

21.3 实验结果 209

第22章 μClinux实验 210

22.1 实验内容 210

22.2 实验步骤 210

22.2.1 Nios Ⅱ硬件设置 210

22.2.2 软件环境配置 216

22.2.3 建立μClinux应用程序 224

22.3 注意事项 226

附录 TE3无线多媒体教学平台使用简介 228

A 计算机软硬件要求 228

A.1 硬件要求 228

A.2 软件要求 228

B 硬件连接及使用 228

B.1 核心板连接及使用方法 228

B.2 扩展板使用说明 232

C 核心板外设 232

C.1 时钟 232

C.2 SRAM 233

C.3 FLASH 233

C.4 SDRAM 234

C.5 串口 235

C.6 以太网口 235

C.7 70×6高速连接器 236

C.8 LED 237

C.9 按钮 237

D 扩展板外设 238

D.1 AD 238

D.2 DA 238

D.3 4×4扫描按键 239

D.4 拨动开关 241

D.5 LED 241

D.6 扩展接口 243

D.7 3寸TFT液晶彩色显示屏、触摸屏 244

D.8 USB接口 245

D.9 RS-232C串口 246

D.10 VGA输出接口 247

D.11 AV输入接口 248

D.12 数码管 248

D.13 音频接口 250