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EDA技術與實踐（簡體書）
商品資訊
系列名：高職高專電子資訊“十二五”規劃教材
ISBN13：9787122187109
出版社：化學工業出版社
作者：焦素敏主編
出版日：2014/01/01
裝訂／頁數：平裝／246頁
商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
書摘/試閱
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商品簡介
本書從EDA技術的應用與實踐角度出發，將課程內容進行模塊化組合，設置EDA技術基礎知識、VHDL硬件描述語言、Quartus II軟件的應用、常用電路的VHDL設計實例和EDA設計綜合訓練5個學習模塊，共包含8個任務進行驅動，每個任務又分解為若干個子任務。教學設計以技術項目入手，設計EDA技術入門級知識、EDA軟件的使用方法、VHDL語言描述邏輯系統功能的方法、VHDL程序分析和簡單設計技能實訓、綜合設計實訓5個教學環節，使讀者能夠理論與實踐相融合、課內學習和課外訓練相結合，由簡單到復雜逐步掌握EDA技術的設計方法。
作者簡介
焦素敏，河南工業大學信息學院，系主任、教授。曾獲河南省信息技術教育工作著作類二等獎，主編出版本專科EDA技術和電子技術方面教材近十本，多本入選教育部“十一五”、“十二五”規劃教材。
名人/編輯推薦
本書從EDA技術的應用與實踐角度出發，將課程內容進行模塊化組合，設置EDA技術基礎知識、VHDL硬件描述語言、Quartus II軟件的應用、常用電路的VHDL設計實例和EDA設計綜合訓練5個學習模塊，共包含8個任務進行驅動，每個任務又分解為若干個子任務，使讀者能夠理論與實踐相融合、課內學習和課外訓練相結合，由簡單到復雜逐步掌握EDA技術的設計方法。
序
EDA技術是近年迅速發展起來的計算機軟件、硬件和微電子交叉的現代電子設計學科，是現代電子工程領域的一門新技術。它是以可編程邏輯器件CPLD/FPGA為物質基礎，以計算機為工作平臺，以EDA工具軟件為開發環境，以硬件描述語言HDL作為電子系統功能描述的主要方式，以電子系統設計為應用方向的電子產品自動化設計過程。
在當今這個以數字化和網絡化為特征的信息技術革命大潮中，電子技術獲得了飛速發展，現代電子產品幾乎滲透到了社會的各個領域。現代電子產品的性能也在進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。不僅如此，現代電子產品還正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積小型化、功耗最低化的方向迅速發展。所有這些，都離不開EDA技術的有力支持，難怪有專家指出，現代電子設計技術的發展，主要體現在EDA工程領域。EDA是電子產品開發研制的動力源和加速器，是現代電子設計的核心。因此，在大中專院校的電子、通信、控制、計算機等各類學科的教學中引入EDA技術的內容，以適應現代電子技術的飛速發展是很有必要的。
于是，編者在從事多年EDA教學的基礎上，以滿足教學需求為目標，以跟蹤新技術、強化能力、重在應用為指導思想，使教材滿足高職院校對高級技能人才的培養需求，適應區域、行業經濟和社會發展。本版教材的特點如下：
（1）突破傳統的教材體系結構，圍繞能力本位教育理念和基于任務驅動的課程開發思想，采用模塊化和任務驅動式教學方法構建教學內容，體現“教、學、做”一體化特點，以解決實踐問題為紐帶，實現理論、實踐，知識、技能以及職業素養的有機整合，滿足培養高技能應用型人才的需求。
（2）教材注重實踐，提倡“做中學，學中做”，以任務驅動教學。首先從學生感興趣的任務引入開始，要求學生對任務分析、語言或圖形描述、設計輸入、編譯仿真和硬件驗證5個方面開放學習，引導學生掌握相應知識點和操作技能。
（3）教材內容編排時由淺入深，由易到難，簡明扼要，圖文并用，實例豐富。每個模塊或任務均對職業崗位所需知識和能力目標進行恰當設計，以典型項目導入，包括任務引入、知識準備、任務實施、拓展訓練等。變被動學習為主動學習，把職業能力的培養融匯于教材之中。
（4）教材以可編程邏輯器件基本知識、EDA工具軟件和實驗開發系統的使用及VHDL語言知識及編程能力等基本知識、基本技能為重點，使理論指導實踐，通過實踐再加強理論，最終突出技能訓練。教材內容緊緊圍繞EDA技術入門級知識—EDA軟件的使用方法—VHDL語言要素及語句—VHDL程序分析技能實訓—簡單設計技能實訓—綜合實訓—現場實訓7個教學環節進行組織。
本書由河南工業大學焦素敏擔任主編，并完成模塊二、三、四中任務4～任務8的編寫工作，楊志曉擔任副主編并編寫模塊一中的任務1和任務2，李智慧參加了模塊一中任務3和附錄的編寫工作。編寫過程中還參考了許多學者和專家的著作及研究成果，在此謹向他們表示誠摯謝意。
由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。
編者
2013年8月
在當今這個以數字化和網絡化為特征的信息技術革命大潮中，電子技術獲得了飛速發展，現代電子產品幾乎滲透到了社會的各個領域。現代電子產品的性能也在進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。不僅如此，現代電子產品還正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積小型化、功耗最低化的方向迅速發展。所有這些，都離不開EDA技術的有力支持，難怪有專家指出，現代電子設計技術的發展，主要體現在EDA工程領域。EDA是電子產品開發研制的動力源和加速器，是現代電子設計的核心。因此，在大中專院校的電子、通信、控制、計算機等各類學科的教學中引入EDA技術的內容，以適應現代電子技術的飛速發展是很有必要的。
于是，編者在從事多年EDA教學的基礎上，以滿足教學需求為目標，以跟蹤新技術、強化能力、重在應用為指導思想，使教材滿足高職院校對高級技能人才的培養需求，適應區域、行業經濟和社會發展。本版教材的特點如下：
（1）突破傳統的教材體系結構，圍繞能力本位教育理念和基于任務驅動的課程開發思想，采用模塊化和任務驅動式教學方法構建教學內容，體現“教、學、做”一體化特點，以解決實踐問題為紐帶，實現理論、實踐，知識、技能以及職業素養的有機整合，滿足培養高技能應用型人才的需求。
（2）教材注重實踐，提倡“做中學，學中做”，以任務驅動教學。首先從學生感興趣的任務引入開始，要求學生對任務分析、語言或圖形描述、設計輸入、編譯仿真和硬件驗證5個方面開放學習，引導學生掌握相應知識點和操作技能。
（3）教材內容編排時由淺入深，由易到難，簡明扼要，圖文并用，實例豐富。每個模塊或任務均對職業崗位所需知識和能力目標進行恰當設計，以典型項目導入，包括任務引入、知識準備、任務實施、拓展訓練等。變被動學習為主動學習，把職業能力的培養融匯于教材之中。
（4）教材以可編程邏輯器件基本知識、EDA工具軟件和實驗開發系統的使用及VHDL語言知識及編程能力等基本知識、基本技能為重點，使理論指導實踐，通過實踐再加強理論，最終突出技能訓練。教材內容緊緊圍繞EDA技術入門級知識—EDA軟件的使用方法—VHDL語言要素及語句—VHDL程序分析技能實訓—簡單設計技能實訓—綜合實訓—現場實訓7個教學環節進行組織。
本書由河南工業大學焦素敏擔任主編，并完成模塊二、三、四中任務4～任務8的編寫工作，楊志曉擔任副主編并編寫模塊一中的任務1和任務2，李智慧參加了模塊一中任務3和附錄的編寫工作。編寫過程中還參考了許多學者和專家的著作及研究成果，在此謹向他們表示誠摯謝意。
由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。
編者
2013年8月
目次
模塊一EDA技術基礎知識
任務1了解EDA技術
1.1EDA技術的概念
1.1.1案例引入
1.1.2EDA技術說明
1.1.3EDA技術的重要性
1.2EDA技術的知識體系
1.2.1可編程邏輯器件
1.2.2硬件描述語言
1.2.3EDA工具軟件
1.3EDA技術的特點和發展趨勢
1.3.1EDA技術的主要特點
1.3.2EDA技術的發展趨勢
1.4總結與思考
1.4.1小結
1.4.2思考題
任務2了解可編程邏輯器件
2.1可編程邏輯器件概述
2.1.1可編程邏輯器件的發展歷程
2.1.2可編程邏輯器件的分類
2.1.3基本結構和編程原理
2.1.4PLD邏輯符號的畫法和約定
2.2簡單PLD
2.2.1PAL
2.2.2GAL
2.3CPLD和FPGA
2.3.1CPLD的基本結構
2.3.2FPGA的基本結構
2.3.3Altera公司器件介紹
2.3.4FPGA和CPLD的選用
2.4ispGDS介紹
2.4.1ispGDS的原理與結構
2.4.2ispGDS的使用
2.5CPLD和FPGA的編程與配置方法
2.5.1CPLD的ISP方式編程
2.5.2使用PC并行口配置FPGA
2.5.3使用專用配置器件配置FPGA
2.5.4使用單片機配置FPGA
2.6總結與思考
2.6.1小結
2.6.2思考題
任務3初探EDA技術
3.1知識準備1——EDA設計流程
3.1.1設計輸入
3.1.2設計實現
3.1.3設計仿真
3.1.4編程或配置
3.2知識準備2——QuartusⅡ的圖形界面
3.2.1工程導航區
3.2.2狀態區
3.2.3信息區
3.2.4工作區
3.2.5快捷命令工具欄
3.3實例引導——1位全加器的原理圖輸入設計
3.3.1任務引入與分析
3.3.2創建工程設計項目
3.3.3編輯設計原理圖
3.3.4設計編譯與仿真
3.3.5引腳鎖定與編程下載
3.4總結、思考與實訓
3.4.1歸納總結
3.4.2思考題
3.4.3引導訓練——用層次化方法設計1位全加器
3.4.4技能實訓1——用原理圖輸入法設計4位全加器
模塊二VHDL硬件描述語言
任務4了解VHDL程序結構及語言要素
4.1VHDL程序結構
4.1.1VHDL程序結構及實例說明
4.1.2實體（ENTITY）部分說明
4.1.3結構體（ARCHITECTURE）部分說明
4.1.4庫（LIBRARY）部分說明
4.1.5程序包（PACKAGE） 部分說明
4.1.6配置（CONFIGURATION）部分說明
4.2VHDL語言要素
4.2.1文字規則
4.2.2數據對象
4.2.3數據類型
4.2.4類型轉換
4.2.5操作符
4.3總結與思考
4.3.1小結
4.3.2思考題與習題
任務5學習掌握VHDL語句
5.1VHDL順序語句
5.1.1IF語句
5.1.2CASE語句
5.1.3LOOP語句
5.1.4NEXT語句
5.1.5EXIT語句
5.1.6WAIT語句
5.1.7RETURN語句
5.1.8NULL語句
5.2VHDL并行語句
5.2.1PROCESS語句
5.2.2并行信號賦值語句
5.2.3BLOCK語句
5.2.4元件例化語句
5.2.5GENERATE語句
5.3其他語句
5.3.1子程序及子程序調用語句
5.3.2ASSERT語句
5.3.3REPORT語句
5.3.4屬性語句
5.4總結、思考與訓練
5.4.1小結
5.4.2程序閱讀和編寫技能訓練
模塊三QuartusⅡ軟件的應用
任務6掌握QuartusⅡ的多種應用
6.1文本編輯輸入法設計向導——計數器設計
6.1.1編輯設計文件
6.1.2創建工程
6.1.3編譯
6.1.4時序仿真
6.1.5引腳鎖定與下載
6.2應用宏功能的原理圖設計
6.2.1計數器設計
6.2.2頻率計主體電路設計
6.2.3時序控制電路的設計
6.2.4頂層電路設計
6.2.5引腳鎖定和下載
6.3層次電路設計
6.3.1頂層文件設計
6.3.2創建各模塊的下層設計文件
6.3.3設計項目的編譯仿真
6.3.4層次顯示
6.4技能實訓
6.4.1技能實訓2——計數譯碼器的文本輸入層次化設計
6.4.2技能實訓3——2位十進制計數譯碼器的宏函數調用設計
6.4.3技能實訓4——2位十進制頻率計的宏函數調用與層次設計綜合實訓
模塊四常用電路的VHDL設計實例
任務7常用電路的VHDL描述方法
7.1組合邏輯電路設計
7.1.1任務引入與分析
7.1.2任務實施
7.1.3拓展與訓練
7.2時序邏輯電路設計
7.2.1任務引入與分析
7.2.2任務實施
7.2.3拓展與訓練
7.3狀態機設計
7.3.1任務引入與分析
7.3.2任務實施
7.3.3拓展與訓練
7.4存儲器設計
7.4.1任務引入與分析
7.4.2任務實施
7.4.3拓展與訓練
7.5特色實用電路設計
7.5.1任務引入與分析
7.5.2任務實施
7.5.3拓展與訓練
7.6總結、思考與實訓
7.6.1小結
7.6.2VHDL編程訓練題
7.6.3技能實訓5——計數器的設計
7.6.4技能實訓6——簡易彩燈控制器設計
模塊五EDA設計綜合訓練
任務8EDA技能綜合提高
8.1數字鐘的設計
8.1.1任務引入與分析——數字鐘的設計要求
8.1.2任務實施方案
8.1.3數字鐘各模塊的VHDL源程序設計
8.2智力競賽搶答器
8.2.1任務引入與分析——搶答器的設計要求
8.2.2任務實施方案
8.2.3搶答器的VHDL源程序設計
8.3交通燈的控制器設計
8.3.1任務引入與分析——交通燈控制器的設計要求
8.3.2任務實施方案
8.3.3交通燈控制器VHDL源程序設計
8.3.4調試仿真與驗證
8.48路彩燈控制器設計
8.4.1任務引入與分析——8路彩燈控制器的設計要求
8.4.2任務實施方案
8.4.3各模塊的VHDL源程序設計
8.4.4仿真與調試
8.5簡易數字頻率計設計
8.5.1任務引入與分析——頻率計的設計要求
8.5.2任務實施方案
8.5.3各模塊的VHDL源程序設計
8.6“梁祝”樂曲演奏電路設計
8.6.1任務引入與分析
8.6.2任務實施方案
8.6.3各模塊的VHDL源程序設計
8.6.4調試與實現
8.7綜合訓練題
附錄GW48系列EDA實驗開發系統使用說明
參考文獻
任務1了解EDA技術
1.1EDA技術的概念
1.1.1案例引入
1.1.2EDA技術說明
1.1.3EDA技術的重要性
1.2EDA技術的知識體系
1.2.1可編程邏輯器件
1.2.2硬件描述語言
1.2.3EDA工具軟件
1.3EDA技術的特點和發展趨勢
1.3.1EDA技術的主要特點
1.3.2EDA技術的發展趨勢
1.4總結與思考
1.4.1小結
1.4.2思考題
任務2了解可編程邏輯器件
2.1可編程邏輯器件概述
2.1.1可編程邏輯器件的發展歷程
2.1.2可編程邏輯器件的分類
2.1.3基本結構和編程原理
2.1.4PLD邏輯符號的畫法和約定
2.2簡單PLD
2.2.1PAL
2.2.2GAL
2.3CPLD和FPGA
2.3.1CPLD的基本結構
2.3.2FPGA的基本結構
2.3.3Altera公司器件介紹
2.3.4FPGA和CPLD的選用
2.4ispGDS介紹
2.4.1ispGDS的原理與結構
2.4.2ispGDS的使用
2.5CPLD和FPGA的編程與配置方法
2.5.1CPLD的ISP方式編程
2.5.2使用PC并行口配置FPGA
2.5.3使用專用配置器件配置FPGA
2.5.4使用單片機配置FPGA
2.6總結與思考
2.6.1小結
2.6.2思考題
任務3初探EDA技術
3.1知識準備1——EDA設計流程
3.1.1設計輸入
3.1.2設計實現
3.1.3設計仿真
3.1.4編程或配置
3.2知識準備2——QuartusⅡ的圖形界面
3.2.1工程導航區
3.2.2狀態區
3.2.3信息區
3.2.4工作區
3.2.5快捷命令工具欄
3.3實例引導——1位全加器的原理圖輸入設計
3.3.1任務引入與分析
3.3.2創建工程設計項目
3.3.3編輯設計原理圖
3.3.4設計編譯與仿真
3.3.5引腳鎖定與編程下載
3.4總結、思考與實訓
3.4.1歸納總結
3.4.2思考題
3.4.3引導訓練——用層次化方法設計1位全加器
3.4.4技能實訓1——用原理圖輸入法設計4位全加器
模塊二VHDL硬件描述語言
任務4了解VHDL程序結構及語言要素
4.1VHDL程序結構
4.1.1VHDL程序結構及實例說明
4.1.2實體（ENTITY）部分說明
4.1.3結構體（ARCHITECTURE）部分說明
4.1.4庫（LIBRARY）部分說明
4.1.5程序包（PACKAGE） 部分說明
4.1.6配置（CONFIGURATION）部分說明
4.2VHDL語言要素
4.2.1文字規則
4.2.2數據對象
4.2.3數據類型
4.2.4類型轉換
4.2.5操作符
4.3總結與思考
4.3.1小結
4.3.2思考題與習題
任務5學習掌握VHDL語句
5.1VHDL順序語句
5.1.1IF語句
5.1.2CASE語句
5.1.3LOOP語句
5.1.4NEXT語句
5.1.5EXIT語句
5.1.6WAIT語句
5.1.7RETURN語句
5.1.8NULL語句
5.2VHDL并行語句
5.2.1PROCESS語句
5.2.2并行信號賦值語句
5.2.3BLOCK語句
5.2.4元件例化語句
5.2.5GENERATE語句
5.3其他語句
5.3.1子程序及子程序調用語句
5.3.2ASSERT語句
5.3.3REPORT語句
5.3.4屬性語句
5.4總結、思考與訓練
5.4.1小結
5.4.2程序閱讀和編寫技能訓練
模塊三QuartusⅡ軟件的應用
任務6掌握QuartusⅡ的多種應用
6.1文本編輯輸入法設計向導——計數器設計
6.1.1編輯設計文件
6.1.2創建工程
6.1.3編譯
6.1.4時序仿真
6.1.5引腳鎖定與下載
6.2應用宏功能的原理圖設計
6.2.1計數器設計
6.2.2頻率計主體電路設計
6.2.3時序控制電路的設計
6.2.4頂層電路設計
6.2.5引腳鎖定和下載
6.3層次電路設計
6.3.1頂層文件設計
6.3.2創建各模塊的下層設計文件
6.3.3設計項目的編譯仿真
6.3.4層次顯示
6.4技能實訓
6.4.1技能實訓2——計數譯碼器的文本輸入層次化設計
6.4.2技能實訓3——2位十進制計數譯碼器的宏函數調用設計
6.4.3技能實訓4——2位十進制頻率計的宏函數調用與層次設計綜合實訓
模塊四常用電路的VHDL設計實例
任務7常用電路的VHDL描述方法
7.1組合邏輯電路設計
7.1.1任務引入與分析
7.1.2任務實施
7.1.3拓展與訓練
7.2時序邏輯電路設計
7.2.1任務引入與分析
7.2.2任務實施
7.2.3拓展與訓練
7.3狀態機設計
7.3.1任務引入與分析
7.3.2任務實施
7.3.3拓展與訓練
7.4存儲器設計
7.4.1任務引入與分析
7.4.2任務實施
7.4.3拓展與訓練
7.5特色實用電路設計
7.5.1任務引入與分析
7.5.2任務實施
7.5.3拓展與訓練
7.6總結、思考與實訓
7.6.1小結
7.6.2VHDL編程訓練題
7.6.3技能實訓5——計數器的設計
7.6.4技能實訓6——簡易彩燈控制器設計
模塊五EDA設計綜合訓練
任務8EDA技能綜合提高
8.1數字鐘的設計
8.1.1任務引入與分析——數字鐘的設計要求
8.1.2任務實施方案
8.1.3數字鐘各模塊的VHDL源程序設計
8.2智力競賽搶答器
8.2.1任務引入與分析——搶答器的設計要求
8.2.2任務實施方案
8.2.3搶答器的VHDL源程序設計
8.3交通燈的控制器設計
8.3.1任務引入與分析——交通燈控制器的設計要求
8.3.2任務實施方案
8.3.3交通燈控制器VHDL源程序設計
8.3.4調試仿真與驗證
8.48路彩燈控制器設計
8.4.1任務引入與分析——8路彩燈控制器的設計要求
8.4.2任務實施方案
8.4.3各模塊的VHDL源程序設計
8.4.4仿真與調試
8.5簡易數字頻率計設計
8.5.1任務引入與分析——頻率計的設計要求
8.5.2任務實施方案
8.5.3各模塊的VHDL源程序設計
8.6“梁祝”樂曲演奏電路設計
8.6.1任務引入與分析
8.6.2任務實施方案
8.6.3各模塊的VHDL源程序設計
8.6.4調試與實現
8.7綜合訓練題
附錄GW48系列EDA實驗開發系統使用說明
參考文獻
書摘/試閱
程序包STD_LOGIC_ARITH、STD_LOGIC_UNSIGNED和STD_LOGIC_SIGNED雖然未成為IEEE標準，但已經成為事實上的工業標準，絕大多數VHDL綜合器和VHDL仿真器都支持它們。
④STANDARD和TEXTIO程序包：STANDARD和TEXTIO程序包都是STD庫中的預編譯程序包。STANDARD程序包中定義了許多基本的數據類型、子類型和函數。由于STANDARD程序包是VHDL標準程序包，實際應用中已隱性地打開了，所以不必再用USE語句另作聲明。TEXTIO程序包定義了支持文本文件操作的許多類型和子程序。在使用本程序包之前，需加語句USE STD.TEXTIO.ALL。
TEXTIO程序包主要供仿真器使用。可以用文本編輯器建立一個數據文件，文件中包含仿真時需要的數據，仿真時用TEXTIO程序包中的子程序存取這些數據。在VHDL綜合器中，此程序包被忽略。
4.1.6配置（CONFIGURATION）部分說明
（1）配置的作用
前面對8位比較器進行了不同方式的描述，到底哪種方式效果最好？這是設計者經常碰到的問題。為了對多個設計方案進行對比和選擇，可在設計文件中添加配置部分。利用配置，從多個結構體中每次為設計實體指定一個結構體，通過比較每次仿真的結果，選出性能最佳的結構體。另外，在元件例化過程中，也存在類似情況。當某元件實體被其他設計實體引用時，如果元件實體有多個結構體，設計實體在元件例化時可以根據需要選擇其中某一個結構體。以上工作可以通過配置語句來完成。
綜上所述，配置主要是為頂層設計實體指定結構體，或為參與例化的元件實體指定所希望的結構體，以層次方式來對元件例化作結構配置。如前所述，每個實體可以擁有多個不同的結構體，而每個結構體的地位是相同的，在這種情況下，可以利用配置說明為這個實體指定一個結構體。因此，配置就是把一個確定的結構體關聯到（指定給）相應的實體，正如“配置”一詞本身的含義一樣。
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