基於Verilog HDL的FPGA項目開發教程（簡體書）

本書以實用性為出發點，采取由淺入深、循序漸進的方式介紹了FPGA應用技術。 全書分為4個項目，項目1介紹FPGA的基礎知識，使讀者了解FPGA開發板和ModelSim仿真環境。項目2介紹了硬件描述語言Verilog HDL的基本語法知識，以及數字電路基本單元的描述、設計和仿真測試。項目3介紹了基於FPGA的單元電路設計調試。項目4介紹了基於FPGA技術的綜合項目開發。本書以典型工作任務為主線編排教學內容，方便教師開展項目式教學，操作性強。 本書可作為高職高專院校電子信息類、計算機類、自動化類等專業的教材，也可作為應用型本科、開放大學、成人教育相關專業的教材，還是電子工程技術人員的參考工具書。

張定祥，男，貴州電子信息職業技術學院EDA技術、單片機領域教學骨幹，長期從事相關專業的教學和科研，具備較為豐富的教材編寫經驗和科研經歷。

項目1 FPGA的基礎知識 1
任務1．1 PLD的發展歷程 1
任務1．2 FPGA的結構 2
1．2．1 FPGA的工作原理 2
1．2．2 FPGA芯片的結構 4
任務1．3 FPGA主要生產廠商與芯片說明 6
1．3．1 FPGA生產廠商 6
1．3．2 FPGA芯片說明 7
任務1．4 開發工具 8
任務1．5 技能實訓：FPGA開發板認知 9
項目2 基於FPGA的數字電路基本單元仿真測試 14
任務2．1 描述基本邏輯門電路 14
2．1．1 理論知識 14
2．1．2 設計原理 16
2．1．3 模塊符號 17
2．1．4 硬件描述代碼 18
2．1．5 仿真測試 18
思考與練習 21
任務2．2 描述全加器 21
2．2．1 理論知識 21
2．2．2 設計原理 26
2．2．3 模塊符號 27
2．2．4 硬件描述代碼 27
2．2．5 仿真測試 28
思考與練習 30
任務2．3 描述8線-3線編碼器 30
2．3．1 理論知識 30
2．3．2 設計原理 34
2．3．3 模塊符號 35
2．3．4 硬件描述代碼 36
2．3．5 仿真測試 36
思考與練習 37
任務2．4 描述優先編碼器 38
2．4．1 理論知識 38
2．4．2 設計原理 40
2．4．3 模塊符號 41
2．4．4 硬件描述代碼 41
2．4．5 仿真測試 42
思考與練習 43
任務2．5 描述3線-8線譯碼器 43
2．5．1 理論知識 43
2．5．2 設計原理 46
2．5．3 模塊符號 47
2．5．4 硬件描述代碼 47
2．5．5 仿真測試 48
思考與練習 49
任務2．6 描述四選一選擇器 49
2．6．1 理論知識 49
2．6．2 設計原理 51
2．6．3 模塊符號 53
2．6．4 硬件描述代碼 53
2．6．5 仿真測試 53
思考與練習 55
任務2．7 描述數值比較器 55
2．7．1 理論知識 55
2．7．2 設計原理 58
2．7．3 模塊符號 59
2．7．4 硬件描述代碼 59
2．7．5 仿真測試 60
思考與練習 61
任務2．8 描述觸發器 61
2．8．1 理論知識 61
2．8．2 設計原理 66
2．8．3 模塊符號 69
2．8．4 硬件描述代碼 69
2．8．5 仿真測試 70
任務2．9 描述計數器 71
2．9．1 理論知識 71
2．9．2 設計原理 74
2．9．3 模塊符號 77
2．9．4 硬件描述代碼 77
2．9．5 仿真測試 78
任務2．10 描述分頻器 79
2．10．1 理論知識 79
2．10．2 設計原理 80
2．10．3 模塊符號 81
2．10．4 硬件描述代碼 82
2．10．5 仿真測試 84
任務2．11 描述移位寄存器 85
2．11．1 理論知識：預處理語句 85
2．11．2 設計原理 88
2．11．3 模塊符號 89
2．11．4 硬件描述代碼 90
2．11．5 仿真測試 90
任務2．12 描述序列檢測器 92
2．12．1 理論知識 92
2．12．2 設計原理 97
2．12．3 模塊符號 98
2．12．4 硬件描述代碼 98
2．12．5 仿真測試 98
任務2．13 有限狀態機 100
2．13．1 理論知識 100
2．13．2 設計原理 102
2．13．3 模塊符號 102
2．13．4 硬件描述代碼 103
2．13．5 仿真測試 104
項目3 基於FPGA的單元電路設計調試 106
任務3．1 流水燈設計 106
3．1．1 流水燈簡介 106
3．1．2 流水燈設計思路 108
3．1．3 設計源代碼 108
3．1．4 RTL模型 109
3．1．5 項目調試 111
任務3．2 按鍵識別 115
3．2．1 按鍵抖動原理 115
3．2．2 去抖動設計思路 116
3．2．3 設計源代碼 116
3．2．4 RTL模型 117
3．2．5 項目調試 118
任務3．3 數碼管靜態顯示 120
3．3．1 數碼管顯示原理 120
3．3．2 數碼管靜態顯示0～9設計思路 121
3．3．3 設計源代碼 121
3．3．4 RTL模型 122
3．3．5 項目調試 123
任務3．4 數碼管動態顯示 125
3．4．1 數碼管動態顯示原理 125
3．4．2 動態顯示設計思路 126
3．4．3 設計源代碼 126
3．4．4 RTL模型 128
3．4．5 項目調試 128
任務3．5 蜂鳴器控制設計 130
3．5．1 蜂鳴器原理 130
3．5．2 蜂鳴器發聲設計思路 131
3．5．3 設計源代碼 131
3．5．4 RTL模型 132
3．5．5 項目調試 132
任務3．6 LCD1602控制設計 134
3．6．1 LCD1602顯示原理 134
3．6．2 設計思路 137
3．6．3 設計源代碼 137
3．6．4 RTL模型 143
3．6．5 項目調試 144
任務3．7 步進電動機控制設計 146
3．7．1 步進電動機概述 146
3．7．2 步進電動機的控制思路 147
3．7．3 設計源代碼 148
3．7．4 RTL模型 149
3．7．5 項目調試 150
項目4 基於FPGA技術的綜合項目開發 152
任務4．1 基本門電路測試平臺設計 152
4．1．1 任務要求與分析 152
4．1．2 設計原理 152
4．1．3 頂層設計 153
4．1．4 設計源代碼 154
4．1．5 項目調試 158
任務4．2 數字鐘設計 161
4．2．1 任務要求與分析 161
4．2．2 設計原理 161
4．2．3 頂層設計 163
4．2．4 設計源代碼 163
4．2．5 項目調試 168
任務4．3 UART通信接口設計 170
4．3．1 任務要求與分析 170
4．3．2 串口通信原理 171
4．3．3 頂層設計 172
4．3．4 設計源代碼 173
4．3．5 項目調試 178
任務4．4 I2C總線接口設計 180
4．4．1 任務要求與分析 180
4．4．2 I2C總線通信原理 182
4．4．3 頂層設計 185
4．4．4 設計源代碼 187
4．4．5 項目調試 198
任務4．5 基於軟核Nios II的數碼管動態掃描設計 200
4．5．1 任務要求與分析 200
4．5．2 設計原理 201
4．5．3 硬件環境設計 202
4．5．4 軟件程序開發 205