EDA技術與設計（簡體書）

本教材從教學的角度出發，盡可能將有關EDA技術的內容編入書中。為此，本書結合模擬電路和數字電路，系統地介紹了四種常用EDA工具軟件：Multisim、PSpice、QuartusII、Vivado，以及兩類硬件描述語言：VHDL、Verilog HDL，並將現代電子設計的新思想和新方法貫穿其中。全書共9章，主要內容包括：Multisim軟件基本應用、常用模擬電路Multisim設計與仿真、PSpice軟件基本應用、模擬系統PSpice設計與仿真、QuartusII軟件功能及其設計開發過程、Vivado軟件功能及其設計開發過程、硬件描述語言、常用數字電路HDL設計、數字系統EDA設計與實踐。本書緊密地將理論和實際相結合，注重提高學生分析問題和解決問題的能力，可作為高等學校電子信息、通信、自動控制、計算機應用等專業本科生EDA設計相關課程的教材，也可作為研究生和電子設計工程技術人員的參考書。

前 言


EDA技術是將計算機技術應用於電子電路設計過程的一門新技術，在通信、自動控制以及計算機應用等領域的重要性日益突出。適應EDA技術發展和EDA技術實驗教學的要求，體現新技術、新方法等現代實驗技術手段，使學生更好更快地掌握EDA設計技術，培養科技需求下具有系統設計能力和解決實際問題能力的綜合性人才，為從事各類電子設備和信息系統的設計、製造、應用等工作奠定基礎，本書就是基於以上考慮而編寫的。
本書總結了近年來實驗教學改革的經驗，將教學成果體現在教材之中。通過EDA設計實踐課程，加深學生對模擬電路、數字電路課程知識的理解和鞏固，並著力提高學生在EDA技術方面的實踐和應用能力，同時有助於後續相關課程的學習和參加各種電子設計競賽。
全書共9章，主要內容涵蓋EDA技術的設計工具和設計應用。第1章講解Multisim軟件的基本應用，包括軟件簡介、虛擬儀器儀錶的使用、仿真分析方法等；第2章講解單級放大電路、差動放大電路、負反饋放大器、階梯波發生器等常用模擬電路Multisim設計與仿真；第3章講解PSpice軟件的基本應用，包括軟件簡介、工作流程、分析方法、獨立信號源設置等；第4章講解音頻放大器、數字溫度計、小型函數信號發生器等模擬系統PSpice設計與仿真；第5章講解QuartusⅡ軟件的功能及其設計開發過程，並介紹宏功能模塊的設計與應用；第6章講解Vivado軟件的功能及其設計開發過程，並介紹存儲器IP核的生成；第7章講解硬件描述語言，包括VHDL語言的基本組成、基本要素、基本描述語句，以及Verilog HDL語言基本結構、基本要素、基本描述語句等；第8章講解組合邏輯電路、時序邏輯電路、有限狀態機設計等常用數字電路HDL設計；第9章結合具體實例介紹了循環冗餘校驗碼、通用異步收發器、VGA彩色信號顯示控制等數字系統EDA設計方法，並安排了多功能數字鐘、直接數字頻率合成器、等精度頻率計等EDA設計項目。
本教材結合模擬電路和數字電路課程，從教學的角度出發，儘量將有關EDA技術的內容編入書中。模擬電路EDA設計部分，給出了典型電路的仿真與分析，內容豐富，有利於學習者對模擬電路課程知識的理解與鞏固；數字電路EDA設計部分，介紹了軟硬件設計過程，給出了典型電路設計實例，著力提高學習者在EDA技術方面的實踐與應用能力；系統介紹了四種常用EDA工具軟件：Multisim、PSpice、QuartusⅡ、Vivado，以及兩類硬件描述語言：VHDL、Verilog HDL，並將現代電子設計的新思想和新方法貫穿其中。讀者可以根據實際需要，選學書中的部分內容。
附錄A給出了SmartSOPC+_3C25、Basys3、EGO1等實驗平臺的硬件接口與核心板芯片IO口之間的匹配關係，本書第5章到第9章的相關設計內容可基於但不局限于這些開發平臺完成相應電路的實現。
本書第1章到第4章由吳少琴編寫，第5章到第9章由花漢兵編寫，全書由花漢兵負責內容組織和統稿等工作。在本書編寫過程中得到了同事們的極大支持和幫助，在此向王建新教授、蔣立平教授以及所有給予幫助的老師表示深切的謝意。
本書是在總結多年EDA教學經驗的基礎上精心編寫而成的，但限於編著者水平，書中錯誤和不妥之處在所難免，真誠地希望同行和廣大讀者提出批評和改進意見（huahbg@163.com）。
說明：本書與仿真軟件有關的電路及其內容敘述所涉及變量的正斜體、大小寫、下標等，圖、文不完全一致；與國家規範要求，不完全一致；但不影響讀者的學習及對內容的掌握。

編著者
于南京理工大學

目 錄


緒論 1
第1章 NI Multisim 14.0基本應用 4
1.1 NI Multisim 14.0 簡介 4
1.1.1 Multisim的發展 4
1.1.2 NI Multisim 14.0新特性 5
1.1.3 NI Multisim 14.0編譯環境 6
1.2 虛擬儀器儀錶的使用 15
1.2.1 常用虛擬仿真儀器的使用 16
1.2.2 模擬電子電路中常用虛擬儀器的
使用 20
1.2.3 數字邏輯電路中常用虛擬儀器的
使用 25
1.2.4 通信電子電路中常用虛擬儀器的
使用 30
1.2.5 安捷倫和泰克仿真儀器的使用 32
1.3 仿真分析方法 35
1.3.1 基本分析方法 36
1.3.2 進階分析方法 43
1.3.3 高級分析方法 52
1.3.4 組合分析 58
第2章 常用模擬電路Multisim設計與
仿真 61
2.1 單級放大電路設計與仿真 61
2.2 差分放大電路設計與仿真 72
2.3 負反饋放大器設計與仿真 78
2.4 階梯波發生器設計與仿真 84
第3章 Cadence/OrCAD PSpice 16.6
基本應用 93
3.1 Cadence/OrCAD PSpice 16.6
簡介 93
3.1.1 PSpice起源 93
3.1.2 PSpice的特點 94
3.1.3 Cadence/OrCAD PSpice組件 95
3.1.4 PSpice 16.6新增功能 96
3.2 Cadence/OrCAD PSpice 16.6
工作流程 101
3.3 PSpice A/D的分析方法 105
3.3.1 基本分析方法 106
3.3.2 進階分析方法 113
3.4 獨立信號源的設置 121
第4章 模擬系統PSpice設計與仿真 127
4.1 音頻放大器設計 127
4.2 數字溫度計設計 133
4.3 小型函數信號發生器設計 141
第5章 QuartusII軟件應用 151
5.1 QuartusⅡ軟件概述與設計
流程 151
5.2 設計輸入 152
5.2.1 工程項目建立 152
5.2.2 設計文件建立 155
5.3 項目編譯 160
5.4 設計仿真 161
5.5 引腳分配 166
5.6 編程下載 169
5.7 可參數化宏功能模塊 171
第6章 Vivado軟件應用 178
6.1 Vivado軟件概述 178
6.2 基本設計流程 178
6.2.1 工程建立 179
6.2.2 設計輸入 181
6.2.3 設計仿真 187
6.2.4 工程綜合 193
6.3 引腳分配與程序下載 194
6.3.1 引腳分配 194
6.3.2 程序下載 200
6.4 存儲器IP核的生成 203
第7章 硬件描述語言 206
7.1 VHDL語言的基本組成 206
7.1.1 庫 207
7.1.2 程序包 208
7.1.3 實體 209
7.1.4 結構體 209
7.1.5 配置 211
7.2 VHDL語言的基本要素 211
7.2.1 標識符 211
7.2.2 數據對象 211
7.2.3 VHDL語言運算符 212
7.2.4 屬性描述與定義 214
7.3 VHDL語言基本描述語句 214
7.3.1 順序語句 214
7.3.2 並行語句 216
7.4 Verilog HDL基本結構 219
7.5 Verilog HDL語言的基本要素 223
7.5.1 詞法約定 223
7.5.2 數據類型 223
7.5.3 運算符 225
7.6 Verilog HDL語言基本描述
語句 227
7.6.1 賦值語句 227
7.6.2 結構說明語句 228
7.6.3 塊語句 230
7.6.4 條件語句 230
7.6.5 循環語句 232

第8章 常用數字電路HDL設計 235
8.1 組合邏輯電路的HDL描述 235
8.1.1 編碼器 235
8.1.2 譯碼器 238
8.1.3 數據選擇器 242
8.1.4 加法器 244
8.1.5 數值比較器 244
8.2 時序邏輯電路的HDL描述 246
8.2.1 觸發器 246
8.2.2 計數器 249
8.2.3 移位寄存器 252
8.2.4 分頻器 254
8.3 有限狀態機設計的HDL描述 258
8.3.1 Mealy型有限狀態機 258
8.3.2 Moore型有限狀態機 260
第9章 數字系統EDA設計與實踐 263
9.1 循環冗餘校驗碼的EDA設計 263
9.2 通用異步收發器的EDA設計 278
9.3 VGA彩色信號顯示控制的EDA
設計 285
9.4 多功能數字鐘的EDA設計 290
9.5 直接數字頻率合成器的EDA
設計 291
9.6 等精度頻率計的EDA設計 293
附錄A 核心板FPGA管腳分配 295
A.1 SmartSOPC+_3C25核心板FPGA
管腳分配 295
A.2 Basys3核心板FPGA管腳分配 298
A.3 EGO1核心板FPGA管腳分配 299
參考文獻 301