数字电路的FPGA设计与实现 应用篇PDF电子书下载

第1章 基于FPGA的数字频率计设计 1

1.1 频率计的基本原理 1

1.2 数字频率计的主要技术指标 2

1.3 频率计设计方案概述 2

1.3.1 频率的测量方法 2

1.3.2 直接测频法的原理 2

1.4 基于FPGA的自动换量程频率计设计 3

1.4.1 自动换量程原理 3

1.4.2 模块设计 4

1.5 自动换量程频率计的FPGA仿真 10

1.5.1 各模块的仿真 10

1.5.2 总体仿真 14

1.6 思考题 17

第2章 频率合成技术及DDS设计 18

2.1 概述 18

2.1.1 频率合成技术分类 18

2.1.2 DDS技术特点 20

2.2 DDS工作原理 21

2.3 频率合成技术指标 22

2.4 DDS输出杂散噪声分析 22

2.4.1 相位截断引入的杂散 23

2.4.2 幅度量化引入的杂散 24

2.4.3 D-A转换引入的杂散及时钟噪声 25

2.5 DDS抑制杂散噪声分析 26

2.5.1 抖动注入技术 26

2.5.2 ROM数据压缩技术 26

2.5.3 PLL+DDS技术 27

2.6 基于FPGA的DDS设计 28

2.6.1 DDS系统结构框图 28

2.6.2 模块设计与仿真 28

2.7 本章小结 37

2.8 思考题 37

第3章 基于FPGA的信号发生器设计 38

3.1 概述 38

3.1.1 信号发生器的发展概况 38

3.1.2 信号发生器的种类 39

3.1.3 DDS工作原理 39

3.2 基于FPGA的信号发生器 40

3.2.1 总体结构设计 40

3.2.2 几种实现方式 41

3.2.3 实现中的几个关键问题 41

3.3 设计的实现与仿真 41

3.3.1 累加器模块 41

3.3.2 波形控制和数据存储模块 42

3.3.3 综合与ChipScope测试 42

3.4 本章小结 46

3.5 思考题 47

第4章 基于FPGA的CORDIC数字计算机设计 48

4.1 CORDIC理论算法 48

4.1.1 计算正弦值和余弦值 50

4.1.2 极坐标到笛卡儿坐标的变换 51

4.1.3 笛卡儿坐标到极坐标的变换 51

4.1.4 反正弦和反余弦函数 51

4.1.5 线性函数 52

4.1.6 双曲线函数 53

4.2 CORDIC算法的FPGA实现 54

4.2.1 基于状态机的迭代算法 54

4.2.2 基于流水线结构的算法 54

4.2.3 总体方案设计 56

4.2.4 仿真结果与分析 57

4.3 8位RISC-CPU 59

4.3.1 计算机体系结构 59

4.3.2 CPU的概念 60

4.3.3 RISC-CPU基本架构 60

4.3.4 RISC-CPU的功能及模块划分 61

4.3.5 RISC-CPU指令集简介 62

4.3.6 RISC-CPU的状态时序和控制信号 63

4.3.7 8位RISC-CPU的设计实现流程 64

4.4 8位RISC-CPU各模块的设计与仿真 65

4.4.1 时钟发生器 65

4.4.2 指令寄存器 66

4.4.3 累加器 66

4.4.4 算术逻辑运算单元 67

4.4.5 数据控制器 68

4.4.6 地址多路器 69

4.4.7 程序计数器 70

4.4.8 状态控制器 71

4.5 8位RISC-CPU顶层CPU模块的设计与仿真 73

4.5.1 设计思路 73

4.5.2 实现和仿真 75

4.5.3 CPU外围模块及测试 76

4.6 本章小结 80

4.7 思考题 80

第5章 实际应用系统设计 81

5.1 电子琴 81

5.1.1 电子琴的基本原理 81

5.1.2 电子琴的Verilog设计 83

5.1.3 电子琴的FPAG仿真 84

5.1.4 板调 90

5.2 数字密码锁 93

5.2.1 设计方案 93

5.2.2 数字密码锁的硬件设计 93

5.2.3 数字密码锁的软件设计 96

5.2.4 数字密码锁的仿真与实现 101

5.3 自动售货机 104

5.3.1 自动售货机系统的基本结构 104

5.3.2 自动售货机系统的工作流程 105

5.3.3 主控系统的设计方案 106

5.3.4 自动售货机系统FPGA的设计实现 107

5.4 乐曲演奏电路 110

5.4.1 乐曲演奏电路设计原理 110

5.4.2 乐曲演奏电路的FPGA实现 112

5.5 数字电压表 118

5.5.1 数字电压表的设计原理 118

5.5.2 数字电压表各模块的仿真与实现 119

5.5.3 系统调试 123

5.6 篮球30s可控计时器设计 125

5.6.1 篮球30s可控计时器的设计原理 125

5.6.2 篮球30s可控计时器的FPGA实现 126

5.7 自动电梯控制电路 132

5.7.1 自动电梯的电路原理 132

5.7.2 自动控制电路的FPGA实现 133

5.8 思考题 137

参考文献 139