數字集成電路EDA設計實驗（簡體書）

本書針對數字集成電路EDA設計的特點，以Altera公司Quartus Ⅱ軟件為EDA設計軟件平臺，以備受青睞的DE2系列開發板為EDA設計硬件平臺，將數字集成電路設計與硬件描述語言VHDL相結合，循序漸進地介紹了基於Quartus Ⅱ和DE2-115的數字集成電路EDA設計的基本過程和方法。全書共6章，第1章簡要介紹了數字集成電路設計技術；第2章和第3章分別介紹了目前主流的EDA設計軟件Quartus Ⅱ和EDA仿真軟件ModelSim；第4章介紹了EDA設計硬件實驗平臺DE2-115；第5章簡要介紹了VHDL基礎語法；第6章給出了13個典型的EDA設計實驗。實驗內容針對數字集成電路設計的知識結構需要，按從簡單到複雜、從分離模塊實驗到系統集成芯片設計實驗的順序安排設計，其中系統集成芯片設計實驗內容包括串行通信、紅外通信、圖像顯示、CPU芯片設計等，涵蓋了微電子類、電子信息類、計算機類專業的相關實驗內容。針對每一個實驗，都提供了具體的實驗目的、實驗原理、實驗內容、實驗步驟。除實驗一、實驗二給出了完整的程序外，其餘的實驗只提供了部分程序，每個實驗都強調編寫testbench仿真文件，對提高學生數字集成電路設計水平非常有幫助。本書可作為高等學校微電子類、電子信息類、計算機類專業本科的數字集成電路EDA設計實驗教材，也可作為數字集成電路芯片設計人員、電子工程技術人員的參考用書。

龐志勇，中山大學電子與信息工程學院教師，主要承擔電子設計實驗教學。主要研究方向：集成電路設計方法、SoC數字芯片設計等。

前言
半個世紀以來，半導體工藝和處理器技術高速發展，集成電路規模越來越大，數字集成電路電子設計自動化 (Electronics Design Automation，EDA)正成為全球數字集成電路芯片設計的大趨勢。特別是在20世紀末，系統編程技術（In-System Programmability,ISP）的出現，才實現了真正意義上的數字集成電路電子設計自動化。數字集成電路EDA技術現在已是、將來更是電子設計的必經之路，也是微電子、電子技術教學必不可少的內容。
現在EDA的概念或範疇用得很寬。本書中，EDA技術是指以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設計文件，然後由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、佈局、佈線和仿真，直至對於特定目標的現場可編程門陣列(FPGA)或複雜可編程邏輯器件(CPLD)的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA仿真工具為用戶提供了全功能、全頻帶的分析軟件平臺，實現了系統結構或電路特性的模擬以及電路參數的優化。電子系統的驗證離不開一個功能齊全的EDA開發與驗證的硬件平臺，一塊多功能EDA設計硬件平臺要求具備FPGA/CPLD可編程邏輯器件、按鍵、LED燈、數碼管、LCD顯示、存儲器、USB接口、鼠標接口、鍵盤接口、VGA接口、串行通信接口等主要部分。數字集成電路芯片的主要功能都能在EDA設計硬件平臺上得到驗證。
本書是針對微電子、電子信息等專業本科生在學習了“數字集成電路EDA設計技術”課程，並熟悉了硬件描述語言VHDL或Verilog HDL的基礎上，所開設的EDA設計實驗課程。通過本書中EDA設計實驗的訓練，讓學生由淺入深、循序漸進地掌握硬件描述語言，通過實踐掌握數字集成電路EDA設計軟/硬件平臺，提高數字集成電路設計和分析的能力，為從事各種數字集成電路的設計打下一定的基礎。
本書在編寫過程中，得到了焦涵、劉動、林樾、謝德英、陳耀和、餘思遠、鄧少芝等的幫助和支持，在此向他們表示衷心的感謝！
本書在編寫過程中參考了大量國內外相關教材，主要文獻資料已詳細列於參考文獻，但難免會有疏漏，在此一併表示衷心感謝。
由於數字集成電路EDA技術發展迅速，並且作者水平有限，書中錯漏和不完善之處在所難免，懇請讀者予以指正。

編者 中山大學專用集成電路設計中心

目錄
第1章數字集成電路設計概論
11集成電路設計方法與工具的演變
12自頂向下的系統設計步驟
13FPGA/CPLD特點及優勢
14數字集成電路EDA設計流程
第2章EDA設計軟件平臺Quartus Ⅱ
21設計輸入
22設計項目的編譯
23仿真
24延時分析
25設計下載
26MAX+PLUS II與Quartus II
第3章EDA設計仿真軟件ModelSim
31ModelSim用戶接口
32ModelSim仿真窗口
33使用ModelSim進行仿真
第4章EDA設計硬件平臺
41DE2-115平臺簡介
42DE2-115 平臺主要組件
43DE2-115 平臺自檢測試
44使用DE2-115平臺
第5章VHDL基礎語法
51VHDL程序基本結構
52VHDL語言要素
53VHDL描述語句
54VHDL高級語句
第6章EDA設計實驗
實驗一基本數字電路芯片設計實驗
實驗二彩燈顯示芯片設計實驗
實驗三數碼管顯示芯片設計實驗
實驗四存儲器芯片設計實驗
實驗五有限狀態機芯片設計實驗
實驗六VGA彩條顯示芯片設計實驗
實驗七VGA圖像顯示芯片設計實驗
實驗八PS/2鍵盤控制芯片設計實驗
實驗九串行通信芯片設計實驗
實驗十紅外通信芯片設計實驗
實驗十一DDS頻率合成器芯片設計實驗
實驗十二一個簡單的CPU芯片設計
實驗十三LCD顯示SOC芯片設計實驗
附錄ADE2-115實驗板引腳配置信息
參考文獻