CPLD应用技术与数字系统设计

第1章 可编程逻辑器件简介 1

1.1 可编程逻辑器件的发展 1

1.2 可编程逻辑器件分类 3

1.2.1 可编程逻辑器件按集成度的分类 3

1.2.2 可编程逻辑器件按结构的分类 4

7.5.5 采用电路原理图／VHDL描述系统功能 （21 5

1.2.3 可编程逻辑器件按编程工艺的分类 7

1.3 PLD的基本结构 9

1.3.1 与或阵列 10

1.3.2 宏单元 11

1.4 FPGA的基本结构 12

1.4.1 查找表型FPGA的结构 13

1.4.2 多路开关型FPGA的结构 13

1.4.3 多级与非门型FPGA的结构 14

1.5 先进的编程和测试技术 14

1.5.1 在系统可编程技术 14

1.5.2 边界扫描测试技术 15

思考与练习 16

2.1 ispLSI器件概述 17

2.1.1 ispLSI器件简介 17

第2章 ispLSI器件的结构与原理 17

2.1.2 ispLSI器件的主要技术特性 19

2.2 ispLSI器件的结构与原理 20

2.2.1 万能逻辑块GLB(Generic Logic Block) 21

2.2.2 集总布线区GRP(Global Routing Poo1) 25

2.2.3 输入／输出单元1OC(Input/OutputCell) 25

2.2.4 输出布线区ORP(Output RoutingPoo1) 26

2.2.5 时钟分配网络CDN(Clock Distribution Network) 29

2.2.6 宏模块结构（Megablock） 29

2.3 ispLSI 1016的主要性能指标和封装 31

2.3.1 ispLSI 1016的主要性能指标 31

2.3.2 ispLSI/pLSI 1016的封装和引脚定义 34

思考与练习 35

第3章 ispLSI器件的编程 37

3.1 在系统编程技术原理 37

3.1.1 ispLSI器件的编程结构 37

3.1.2 ISP状态机 39

3.1.3 ISP编程的定时关系 41

3.2 1SP器件的编程方式 43

3.2.1 通过PC的I/O口编程 44

3.2.2 利用用户目标系统或线路板上的单片机或微处理器编程 44

3.2.3 多个ISP器件的编程 47

3.3.1 ispGDS的结构与原理 49

3.3 互连的在系统编程 49

3.3.2 ispGDS器件的编程 51

思考与练习 53

4.1.2 标识符 54

第4章 ABEL-HDL 54

4.1.1 字符集 54

4.1 ABEL-HDL的基本元素与语法 54

4.1.3 字符串 55

4.1.4 注释 56

4.1.5 操作数 56

4.1.6 运算符、表达式和方程 57

4.1.7 集合 60

4.1.8 特殊常量值 61

4.1.9 块 62

4.1.10 变量及变量代换 62

4.2 ABEL-HDL的语言结构 63

4.2.1 基本结构 63

4.2.2 文件头部 64

4.2.3 定义段 65

4.2.4 逻辑描述段 69

4.2.5 测试向量段 75

4.2.6 结束段 76

4.3 指示字 76

思考与练习 81

第5章 VHDL简介 83

5.1 概述 83

5.2 VHDL程序结构 84

5.2.1 VHDL程序的基本结构 84

5.2.2 实体说明 86

5.2.3 结构体 87

5.2.4 配置 91

5.2.5 程序包和库 94

5.3 VHDL的基本元素 96

5.3.1 标识符 96

5.3.2 数据对象 97

5.3.3 数据类型 98

5.3.4 属性 102

5.3.5 VHDL的表达式与运算符 103

5.4.1 顺序语句 104

5.4 VHDL的基本描述语句 104

5.4.2 并行语句 109

5.4.3 子程序 119

思考与练习 123

第6章 ispDesignEXPERT及其应用 126

6.1.1 开发工具 126

6.1.2 器件设计的一般方法 126

6.1 可编程逻辑器件设计的一般方法 126

6.2 ispDesignEXPERT设计软件 129

6.2.1 ispDesignEXPERT系统的设计环境 130

6.2.2 ispDesignEXPERT软件的基本命令 133

6.3.1 创建新项目 141

6.3 ispDesignEXPERT设计软件的应用 141

6.3.2 电路原理图的输入 142

6.3.3 ABEL-HDL文件的输入 145

6.3.4 建立项层设计文件 146

6.3.5 层次化操作 149

6.3.6 编译和设计的实现 149

6.3.7 逻辑功能仿真（逻辑模拟） 150

6.3.8 时序仿真 154

6.3.9 仿真调试 154

6.3.10 引脚锁定 156

6.3.11 ISP器件的编程 158

6.4 VHDL输入设计方式 160

6.4.1 VHDL文件的输入 160

6.4.2 VHDL源程序的综合 161

6.4.3 仿真测试 162

6.4.4 引脚锁定和器件的编程 163

6.5 ispDesignEXPERT的文件后缀及含义 163

思考与练习 165

7.1.1 数字系统的设计过程 167

7.1 采用ISP器件的数字系统设计方法 167

第7章 采用ISP器件的数字系统设计 167

7.1.2 数字系统设计的基本方法 168

7.2 组合逻辑电路的设计 169

7.2.1 运用ABEL-HDL设计组合逻辑电路 169

7.2.2 运用VHDL设计组合逻辑电路 176

7.3 时序逻辑电路的设计 180

7.3.1 运用ABEL-HDL设计时序逻辑电路 180

7.3.2 运用VHDL设计时序逻辑电路 187

7.4 测试向量序列的编写 196

7.4.1 编写测试向量序列的基本方法 197

7.4.2 编写测试向量的技巧 198

7.5.1 系统设计 200

7.5 数字系统设计 200

7.5.2 采用电路原理图／ABEL-HDL描述系统功能 203

7.5.3 编译、仿真测试与适配 210

7.5.4 采用ABEL-HDL描述系统功能 212

7.5.6 采用VHDL描述系统功能（一） 223

7.5.7 采用VHDL描述系统功能（二） 231

思考与练习 237

8.1.1 抢答器的功能描述 238

8.1.2 抢答器的设计 238

第8章 数字系统设计实例 238

8.1 智力竞赛抢答器的设计 238

8.1.3 采用电路原理图／ABEL-HDL描述的抢答器的设计 240

8.1.4 仿真与测试 243

8.1.5 采用ABEL-HDL描述的抢答器的设计 245

8.1.6 采用VHDL描述的抢答器的设计 247

8.2 交通信号灯控制器的设计 250

8.2.1 交通信号灯控制器的功能描述 250

8.2.2 交通信号灯控制器的设计 251

8.2.3 采用电路原理图／ABEL-HDL描述的交通信号灯控制器的设计 252

8.2.4 仿真与测试 257

8.2.5 采用VHDL描述的交通信号灯控制器的设计 259

8.3 简易电子乐器的设计 267

8.3.1 乐曲演奏电路的基本原理 267

8.3.2 简易电子乐器的功能描述 267

8.3.3 电子萨克斯管的设计 269

8.3.4 采用电路原理图／ABEL-HDL描述的电子萨克斯管的设计 270

8.3.5 采用VHDL描述的电子萨克斯管的设计 274

8.4.1 数字频率计的功能描述 278

8.4 数字频率计的设计 278

8.4.2 简易数字频率计的设计 279

8.4.3 采用电路原理图描述的简易数字频率计的设计 279

8.4.4 采用VHDL描述的简易数字频率计的设计 282

8.5 FIR数字滤波器的设计 288

8.5.1 FIR数字滤波器结构简介 288

8.5.2 FIR滤波器的设计方案 289

8.5.3 采用VHDL描述的FIR滤波器的设计 290

思考与练习 297

参考文献 299