內容大鋼
本書是專為電子技術及FPGA初學者量身打造的實驗教程式FPGA開髮指南。通過深入淺出的案例方式引領讀者踏入可編程邏輯的世界，全面闡述了數字電路基礎電路及其在FPGA上的實現過程。本書強化實戰導向，弱化數字電路理論與硬體描述語言的冗長講解，聚焦FPGA開發全流程，通過20余個典型項目串聯知識體系：從組合邏輯電路到時序邏輯應用，再到模數轉換開發及複雜數字系統設計，每個項目均包含電路原理剖析、Verilog HDL代碼設計及硬體驗證步驟，形成「原理理解-代碼實現-硬體調試」的閉環學習體驗。讓讀者在實際操作中鞏固所學知識，並體驗FPGA設計的樂趣與挑戰。無論你是電子專業學生，還是電子技術愛好者，本書都將通過全流程項目實操，帶你輕鬆叩開FPGA數字設計的大門，在趣味實踐中掌握數字電路與FPGA開發的核心技能。
作者介紹
編者:陳強//翟夢圓//曹振東|責編:楊迪娜
目錄
第1章 數字邏輯基礎知識
1.1 數字邏輯的信息表徵
1.1.1 數字信號與數字系統
1.1.2 數制與碼制
1.1.3 數字信息的存儲
1.2 數字邏輯的表示
1.2.1 邏輯運算及邏輯表達方式
1.2.2 不同邏輯表達方式之間的轉換
1.3 邏輯代數的定律和規則
1.3.1 邏輯代數的基本定律
1.3.2 邏輯代數的基本規則
1.4 邏輯函數的表達形式與邏輯化簡
1.4.1 最小項表達式
1.4.2 公式法邏輯化簡
1.4.3 卡諾圖法邏輯化簡
第2章 Verilog HDL描述邏輯電路
2.1 Verilog HDL基礎
2.1.1 Verilog HDL的設計風格
2.1.2 Verilog HDL的基本語法
2.2 Verilog HDL的邏輯電路描述方法
2.2.1 門級建模及門級原語
2.2.2 數據流建模及連續賦值語句
2.2.3 行為級建模及過程賦值語句
第3章 FPGA開發流程
3.1 FPGA的概念
3.1.1 FPGA是什麼
3.1.2 FPGA的特點
3.1.3 FPGA的內部結構
3.1.4 FPGA是如何工作的
3.2 FPGA的開發流程與工具
3.2.1 FPGA的開發流程
3.2.2 FPGA開發工具
3.3 FPGA開發流程示例
3.3.1 Lattice Diamond開發FPGA實例(以STEP MXO2開發板為例)
3.3.2 Intel Quartus Prime開發FPGA實例(以STEP MAX10開發板為例)
3.3.3 小腳丫FPGA(STEP FPGA)線上開發平台
第4章 FPGA組合邏輯電路設計
4.1 三人表決器
4.1.1 組合邏輯電路的設計方法
4.1.2 實驗任務
4.1.3 實驗原理
4.1.4 電路搭建及驗證
4.1.5 Verilog描述及FPGA實現
4.1.6 實驗總結
4.2 實現加法器
4.2.1 實驗任務
4.2.2 實驗原理
4.2.3 代碼設計
4.2.4 FPGA實驗
4.3 實現2-4解碼器
4.3.1 實驗任務
4.3.2 實驗原理
4.3.3 代碼設計
4.3.4 FPGA實驗
4.3.5 課後練習
4.4 實現3-8解碼器
4.4.1 實驗任務
4.4.2 實驗原理
4.4.3 代碼設計
4.4.4 FPGA實驗
4.4.5 拓展任務
4.5 控制7段數碼管
4.5.1 實驗任務
4.5.2 實驗原理
4.5.3 代碼設計
4.5.4 FPGA實驗
4.5.5 拓展任務
第5章 FPGA時序邏輯電路設計
5.1 時序邏輯電路的描述方法
5.1.1 時序邏輯與Verilog HDL描述
5.1.2 阻塞賦值和非阻塞賦值
5.2 實現RS觸發器
5.2.1 實驗任務
5.2.2 實驗原理
5.2.3 FPGA實驗
5.3 實現D觸發器
5.3.1 實驗任務
5.3.2 實驗原理
5.3.3 FPGA實驗
5.4 實現JK觸發器
5.4.1 實驗任務
5.4.2 實驗原理
5.4.3 FPGA實驗
5.5 生成計數器
5.5.1 實驗任務
5.5.2 實驗原理
5.5.3 FPGA實驗
5.6 任意整數分頻電路
5.6.1 實驗任務
5.6.2 實驗原理
5.6.3 代碼設計
5.6.4 FPGA實驗
5.7 機械按鍵的消抖
5.7.1 實驗任務
5.7.2 實驗原理
5.7.3 代碼設計
5.7.4 FPGA實驗
第6章 狀態機邏輯電路設計
6.1 有限狀態機
6.1.1 狀態機的概念
6.1.2 狀態編碼
6.1.3 狀態機的結構
6.1.4 狀態機的Verilog實現
6.2 利用狀態機實現流水燈
6.2.1 實驗任務
6.2.2 實驗原理
6.2.3 代碼設計
6.2.4 FPGA實驗
6.3 簡易交通信號燈設計
6.3.1 實驗任務
6.3.2 實驗原理
6.3.3 代碼設計
6.3.4 FPGA實驗
第7章 模數轉換項目
7.1 模數轉換器與數模轉換器
7.1.1 模數轉換器
7.1.2 數模轉換器
7.1.3 選擇ADC和DAC晶元
7.2 FPGA驅動ADC(I2C介面)實例
7.2.1 ADC晶元PCF
7.2.2 PCF8591的I2C通信
7.2.3 PCF8591的數據傳輸
7.2.4 硬體實現
7.3 FPGA驅動DAC(SPI介面)實例
7.3.1 DAC晶元DAC081S
7.3.2 DAC081S101的串列通信
7.3.3 DAC081S101的數據傳輸
7.3.4 硬體實現
7.4 通過高速比較器和FPGA邏輯實現Sigma Delta ADC
7.4.1 Sigma Delta ADC實現原理
7.4.2 簡易Sigma Delta ADC方案
7.4.3 FPGA內部模塊實現
第8章 綜合項目
8.1 十字路口交通信號燈控制系統
8.1.1 項目背景
8.1.2 車輛和行人檢測
8.1.3 路燈控制
8.1.4 交通信號燈控制系統的狀態機
8.1.5 其他功能
8.1.6 項目總結
8.2 電梯控制系統
8.2.1 項目概述
8.2.2 總體方案
8.2.3 開關防抖設計
8.2.4 超聲波感測器位置檢測
8.2.5 二進位轉BCD碼
8.2.6 控制電機旋轉
8.2.7 設計狀態機
8.2.8 最終實施
8.2.9 項目總結
8.3 自製數字密碼鎖儲物櫃
8.3.1 硬體總體結構設計
8.3.2 矩陣鍵盤輸入模塊
8.3.3 密碼驗證模塊
8.3.4 舵機控制模塊
8.3.5 驅動模塊
8.3.6 系統設計與實現
8.4 簡易電子琴
8.4.1 項目概述
8.4.2 簡易電子琴硬體設計
8.4.3 直接數字合成技術
8.4.4 用DDS產生正弦波
8.4.5 Top模塊設計
8.4.6 項目總結
8.5 更複雜的電子鋼琴
8.5.1 項目概述
8.5.2 字元串函數
8.5.3 Delta-sigma調製
8.5.4 使用除法調整幅度
8.5.5 諧波生成
8.5.6 頂層數字系統設計
8.5.7 項目總結
8.6 串列通信
8.6.1 項目概述
8.6.2 並行與串列通信
8.6.3 實現一個UART發送器
8.6.4 旋轉編碼器
8.6.5 UART通信機制
8.6.6 將編碼器數據發送給電腦
8.6.7 項目總結
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