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第1章 可编程逻辑器件及开发概述 1

1.1 可编程逻辑器件简介 1

1.1.1 可编程逻辑器件发展历程 1

1.1.2 可编程逻辑器件特点 2

1.2 可编程逻辑器件设计应用基础 3

1.2.1 硬件描述语言 3

1.2.2 可编程逻辑器件 3

1.2.3 设计软件 4

1.3 可编程逻辑器件开发流程 4

1.4 可编程逻辑器件应用领域 5

第2章 Quartus软件的使用 7

2.1 原理图输入设计流程 7

2.1.1 半加器的设计原理 7

2.1.2 创建工程 8

2.1.3 建立图形设计文件 11

2.1.4 工程的编译 13

2.1.5 引脚分配 13

2.1.6 工程的下载验证 13

2.2 硬件描述语言输入设计流程 14

2.2.1 全加器的设计原理 15

2.2.2 半加器的硬件描述语言程序 15

2.2.3 创建工程 16

2.2.4 输入半加器程序设计文件 16

2.2.5 生成元件符号 16

2.2.6 利用生成元件符号设计全加器电路 16

2.3 宏功能模块（LPM）的调用 18

2.3.1 存储器的初始化 18

2.3.2 宏功能模块LPM-ROM的创建 19

2.3.3 查看宏功能模块ROM的设计文件 22

2.4 SignalTap Ⅱ嵌入式逻辑分析仪使用 23

2.4.1 SignalTap Ⅱ嵌入式逻辑分析仪的设置 23

2.4.2 编译下载 25

2.4.3 信号波形的捕捉 26

第3章 Verilog HDL简介 28

3.1 Verilog HDL硬件描述语言概述 28

3.2 Verilog HDL程序的构成 28

3.2.1 二-十进制编码器及Verilog HDL描述 28

3.2.2 Verilog HDL程序的基本构成 30

3.3 Verilog HDL语法规则 32

3.3.1 Verilog HDL文字规则 32

3.3.2 数据对象 34

3.3.3 运算符 36

3.4 Verilog HDL中的语句 36

3.4.1 并行语句 36

3.4.2 顺序语句 43

3.5 Modelsim仿真工具的使用 48

3.5.1 程序中无宏功能模块的 Modelsim使用流程 49

3.5.2 宏功能模块的Modelsim使用流程 53

3.5.3 Testbench文件的编写 57

第4章 有限状态机设计 61

4.1 有限状态机设计简介 61

4.1.1 有限状态机的特点及分类 61

4.1.2 基于有限状态机的电路设计步骤 61

4.2 Moore型有限状态机的设计 62

4.3 Mealy型有限状态机的设计 65

4.4 有限状态机设计举例：十字路口交通灯控制电路 67

4.4.1 设计要求 67

4.4.2 设计分析 67

4.4.3 设计实现 69

第5章 常用功能电路设计 72

5.1 DDS电路 72

5.1.1 DDS原理 72

5.1.2 基于FPGA的DDS电路实现 73

5.1.3 仿真与分析 75

5.2 m序列信号产生电路 76

5.2.1 m序列信号产生原理 76

5.2.2 设计举例 76

5.2.3 仿真与分析 77

5.3 SPI接口电路 78

5.3.1 SPI通信协议 78

5.3.2 基于FPGA的SPI通信协议实现 79

5.3.3 应用举例 81

5.4 RAM存储器接口电路 85

5.4.1 SRAM存储器 85

5.4.2 基于双RAM乒乓操作的数据存储电路 86

5.5 CRC校验电路 94

5.5.1 CRC校验原理 94

5.5.2 CRC校验码的编码原理 95

5.5.3 基于FPGA的逐比特比较法求解CRC校验码设计实现 96

5.5.4 仿真与分析 97

5.6 LCD控制电路 99

5.6.1 LCD简介 99

5.6.2 基于FPGA的LCD控制电路设计 103

5.7 VGA控制电路 107

5.7.1 VGA简介 107

5.7.2 扫描原理 108

5.7.3 VGA控制时序 108

5.7.4 数模转换芯片DAC ADV7123 109

5.7.5 基于FPGA的VGA彩条控制电路设计 109

第6章 应用设计实例 115

6.1 温湿度采集及显示 115

6.1.1 设计要求 115

6.1.2 设计方案 115

6.1.3 相关原理简介 116

6.1.4 温湿度模块设计 118

6.1.5 串口通信模块设计 124

6.1.6 JAVA GUI设计 127

6.1.7 系统测试 130

6.2 频率计 132

6.2.1 设计要求 132

6.2.2 设计方案 132

6.2.3 测频原理简介 132

6.2.4 设计实现 134

6.3 基于VGA显示的接球游戏 140

6.3.1 设计要求 140

6.3.2 设计分析 140

6.3.3 VGA时序控制模块设计 141

6.3.4 游戏逻辑产生模块设计 144

6.3.5 游戏测试 149

第7章 基于FPGA的图像采集处理系统 151

7.1 设计内容 151

7.2 图像采集模块 152

7.2.1 图像捕捉模块 153

7.2.2 I2C总线配置模块 156

7.2.3 数据格式转换模块 165

7.3 SDRAM控制模块 170

7.4 VGA显示控制模块 172

7.4.1 VGA显示原理 172

7.4.2 VGA控制模块 172

7.5 图像处理算法及实现 175

7.5.1 图像的透明算法及实现 176

7.5.2 图像灰度处理算法及实现 181

7.5.3 图像降噪算法及实现 183

7.5.4 边缘检测算法及实现 189

第8章 基于触摸屏的电子相册设计 193

8.1 设计要求 193

8.2 相关内容简介 193

8.2.1 LCD显示驱动芯片TPG110 193

8.2.2 A／D转换器（AD7843） 194

8.3 方案设计 195

8.4 基于FPGA的各模块实现 196

8.4.1 LCD串行控制模块 196

8.4.2 ADC串行控制模块 196

8.4.3 触摸检测模块 204

8.4.4 FLASH到SDRAM控制模块 206

8.4.5 4端口SDRAM控制模块 212

8.4.6 LCD时序控制模块 214

8.5 系统的测试 219

8.5.1 LCD触摸屏与FPGA的连接 219

8.5.2 FLASH中图片下载 220

8.5.3 设计验证 221

第9章 基于FPGA的调频调幅电源设计 222

9.1 变频电源的技术分析 222

9.1.1 SPWM调制技术 222

9.1.2 SPWM控制方式 222

9.2 变频电源硬件的总体设计 223

9.3 基于FPGA的变频电源控制电路的设计 224

9.3.1 变频电源数字控制电路 224

9.3.2 SPWM波形的实现 224

9.3.3 三路相位差120°的SPWM波形的生成 231

9.3.4 DCPWM模块 233

9.4 变频电源的性能测试及分析 236

9.4.1 变频电源的性能 236

9.4.2 变频电源测试结果及分析 237

第10章 电子设计竞赛综合实例 238

10.1 第十届全国大学生电子设计竞赛F题 238

10.1.1 任务 238

10.1.2 要求 238

10.1.3 说明 239

10.2 参考设计 240

10.2.1 频率可调时钟产生电路 240

10.2.2 m序列产生电路 242

10.2.3 曼彻斯特码产生电路 242

10.2.4 从曼彻斯特码提取已知频率的同步时钟的电路 243

10.2.5 从曼彻斯特码中恢复数据的电路 246

10.2.6 从曼彻斯特码提取未知频率的同步时钟的电路 247

10.3 有源低通模拟滤波器的设计 252

附录A DE2开发平台 256

A.1 DE2板上资源及硬件布局 256

A.2 DE2电路组成 258

A.3 DE2平台的开发环境 260

A.4 DE2平台的扩展接口 261

A.5 DE2平台上EP2C35F672的引脚分配表 261

附录B DE2-115开发平台 273

B.1 DE2-115板上资源及硬件布局 273

B.2 DE2-115平台上提供的资源 273

B.3 DE2-115平台的扩展接口 274

B.4 DE2-115平台的开发环境 275

B.5 DE2-115平台上EP4CE115F29C7的引脚分配表 275

参考文献 282