FPGA设计技巧与案例开发详解PDF电子书下载

第1章 浅谈FPGA技术、优势、学习途径 1

1.1 FPGA的诞生、发展 1

1.1.1 FPGA的诞生 1

1.1.2 FPGA的发展与未来 4

1.1.3 博弈，在入门之前 7

1.2 Altera FPGA介绍及发展、应用 8

1.2.1 Altera公司介绍 8

1.2.2 Altera产品介绍 9

1.2.3 Altera FPGA的开发平台 15

1.2.4 Altera FPGA的动态与应用 17

1.2.5 Altera FPGA的应用 20

1.2.6 对比ARM与DSP，认清FPGA 23

1.3 善用网络资源，不断总结自我 26

第2章 Quartus Ⅱ 13.0套件的下载及安装 29

2.1 写在前面的话 29

2.2 Quartus Ⅱ 13.0软件下载 30

2.3 Quartus Ⅱ 13.0组件安装 32

2.4 Quartus Ⅱ 13.0 Device安装 36

2.5 USB Blaster下载器驱动程序的安装 39

第3章 Verilog HDL设计与Testbench文件架构 43

3.1 Verilog HDL设计 43

3.1.1 Verilog HDL与VHDL的对比 43

3.1.2 Verilog HDL的发展 44

3.1.3 Verilog HDL代码设计风格 45

3.2 Testbench文件架构 50

3.2.1 Testbench的介绍 50

3.2.2 Testbench代码设计风格 51

3.3 Quartus Ⅱ工程目录文件夹的定制 54

第4章 MAXⅡ CPLD/Cyclone Ⅱ/Ⅳ FPGA PCB Layout设计 56

4.1 浅谈PCB Layout 56

4.2 MAX Ⅱ CPLD核心电路设计 57

4.2.1 MAX Ⅱ CPLD背景及简介 57

4.2.2 EPM240T100C5N设计需求研究及分析 59

4.2.3 EPM240T100C5N核心板原理图设计 63

4.2.4 EPM240T100C5N核心板布局布线 67

4.3 Cyclone Ⅱ FPGA核心电路设计 68

4.3.1 Cyclone Ⅱ FPGA背景及简介 68

4.3.2 Cyclone Ⅱ数据手册解读与EP2C8Q208C8N的设计研究 69

4.3.3 EP2C8Q208C8N核心板原理图设计 81

4.3.4 FPGA核心板Layout注意事项 90

4.4 Cyclone Ⅳ FPGA核心电路设计 93

4.4.1 Cyclone Ⅳ FPGA简介 93

4.4.2 Cyclone Ⅳ FPGA数据手册分析与EP4CE6E22C8N的设计研究 95

4.4.3 Cyclone Ⅳ FPGA核心电路设计 101

4.5 FPGA/CPLD电路焊接、调试经验总结 105

4.6 本书配套FPGA开发平台硬件介绍 108

4.6.1 VIP Board 3.0硬件资源介绍 109

4.6.2 VIP Board 3.0相关外设实物介绍 110

第5章 4位计数器的设计与仿真验证 115

5.1 写在前面的话 115

5.2 FPGA/CPLD开发流程 115

5.3 基于Quartus Ⅱ 13.0的4位计数器设计流程 117

5.3.1 Quartus Ⅱ工程的创建 117

5.3.2 4位计数器的逻辑电路设计 120

5.3.3 Quartus Ⅱ编译流程与工程设置分析 123

5.4 基于Modelsim-Altera 10.1 d的4位计数器仿真验证流程 134

5.4.1 关于FPGA设计的各种仿真概念分析 135

5.4.2 Modelsim版本的简要介绍 136

5.4.3 Modelsim工程的创建 136

5.4.4 Testbench激励文件的编写 139

5.4.5 Modelsim波形的仿真与分析 142

5.5 设计思路的验证与总结 149

第6章 LED驱动电路设计 151

6.1 LED驱动电路设计方案1——入门 151

6.1.1 LED驱动电路设计方案 151

6.1.2 8位LED的自加显示实验 153

6.2 LED驱动电路设计方案2——升级 164

6.2.1 LED电路设计方案 164

6.2.2 74HC595驱动分析与实现 166

6.3 8位LED跑马灯显示实验 176

6.4 LED特效呼吸灯的设计 183

6.4.1 PWM协议的基本介绍 183

6.4.2 LED呼吸灯的设计 184

第7章 独立按键与矩阵键盘的FPGA驱动电路实现 195

7.1 按键及其工作模式介绍 195

7.1.1 按键抖动原理分析 196

7.1.2 硬件消抖动 196

7.1.3 软件消抖动 198

7.2 独立按键的FPGA驱动电路设计 198

7.2.1 独立按键电路设计 198

7.2.2 FSM状态机的Verilog HDL介绍 199

7.2.3 FPGA按键驱动设计方案1 202

7.2.4 FPGA按键驱动设计方案2 216

7.3 矩阵键盘的FPGA驱动电路设计 221

7.3.1 工作原理及电路设计 221

7.3.2 FPGA矩阵键盘驱动设计 223

第8章 “Hello World”的LCD1602显示驱动实现 235

8.1 LCD1602介绍及硬件设计 235

8.1.1 LCD1602字符液晶介绍 235

8.1.2 LCD1602硬件电路设计 236

8.1.3 LCD1602的时序及初始化分析 239

8.2 LCD1602的FPGA驱动电路实现 243

8.2.1 LCD1602的C语言实现方案 244

8.2.2 LCD1602的Verilog HDL实现方案 245

第9章 优化设计FPGA全局时钟管理模块 258

9.1 异步复位，同步释放机制 258

9.1.1 组合电路中的竞争－冒险 259

9.1.2 时序电路中的竞争－冒险 260

9.2 无PLL的全局时钟管理模块设计 264

9.3 Quartus Ⅱ IP核介绍及PLL的定制 273

9.3.1 Quartus Ⅱ IP核的介绍 273

9.3.2 PLL IP核的定制与分析 279

9.4 带PLL的全局时钟管理模块设计 287

第10章 基于FPGA与MCU通信的SPI协议设计 293

10.1 SPI总线协议介绍及硬件的设计 293

10.1.1 SPI总线协议介绍 293

10.1.2 STM8的硬件电路设计 295

10.1.3 SPI总线协议时序分析 297

10.2 SPI总线协议的通信实现 298

10.2.1 STM8的SPI总线收发设计 298

10.2.2 边沿检测电路的FPGA实现 300

10.2.3 SPI通信的数据接收模块设计 302

10.2.4 SPI通信的数据发送模块设计 311

第11章 基于FPGA与PC通信的UART串口设计 319

11.1 追根溯源透析串口通信 319

11.1.1 串口通信简介 319

11.1.2 串口波特率 322

11.1.3 串口协议分析 322

11.2 串口电路的设计 323

11.2.1 TTL转RS-232电路的设计 323

11.2.2 USB→UART转换电路设计 324

11.2.3 UART电路的调试 325

11.3 细说真正的任意分频 326

11.3.1 分频电路的重要性 326

11.3.2 任意频率发生器原理 326

11.3.3 任意频率发生器的验证 328

11.4 串口通信的硬件实现 332

11.4.1 uart receiver接收模块的设计 332

11.4.2 uart transfer发送模块的设计 340

11.4.3 PC2FPGA UART联调测试 344

第12章 基于FPGA的VGA驱动显示设计 351

12.1 VGA接口、时序及驱动电路设计 351

12.1.1 VGA接口介绍 351

12.1.2 VGA时序分析 353

12.1.3 RGB三原色模型 356

12.1.4 VGA驱动电路设计 359

12.2 VGA驱动的FPGA实现 364

12.2.1 VGA驱动时序电路的设计 364

12.2.2 任意分辨率的VGA显示控制器设计 376

12.3 “Hello World”的VGA显示驱动实现 379

12.3.1 “Hello World”字模的提取 379

12.3.2 C2Mif软件的介绍与Mif文件的生成 382

12.3.3 VGA字符显示的FPGA实现 386

第13章 基于SDRAM的VGA显示控制器的设计与实现 391

13.1 跨时钟域数据交互 391

13.2 SDRAM的介绍及其控制器的移植与优化 395

13.2.1 SDRAM的特性及时序驱动介绍 395

13.2.2 SDRAM的硬件驱动电路设计 399

13.2.3 SDRAM控制器的移植与优化 401

13.2.4 Sdram_Control2Port的封装与协议制定 418

13.3 基于SDRAM的VGA显示控制器的实现 423

第14章 基于OV7725的摄像头视频图像采集系统 435

14.1 系统框架设计思路分析 436

14.1.1 系统框架分析 436

14.1.2 算法的实现流程 437

14.2 OV7725摄像头介绍与视频采集实现 440

14.2.1 CMOS摄像头的简介 440

14.2.2 OV7725的特性介绍及驱动电路设计 442

14.2.3 OV7725 SCCB接口及寄存器介绍 447

14.2.4 OV7725感光阵列与视频时序分析 456

14.2.5 OV7725寄存器I2C初始化设计 459

14.2.6 OV7725的视频采集模块设计 474

14.3 OV7725视频图像显示的实现 492

14.4 本章小结 502

第15章 基于FPGA的系统设计 504

15.1 FPGA芯片选型 504

15.2 FPGA的与众不同——PCB布局在设计原理图之前 511

15.3 存储器的选型 512

15.4 FPGA外围器件的选择与设计 513

15.4.1 电阻 514

15.4.2 电容 514

15.4.3 磁珠 517

15.4.4 保险丝 519

15.5 基于核心板的系统设计 521

15.6 基于低功耗系统的电源选型 522

15.7 高速系统的PCB设计要点 527

15.7.1 结构布局 527

15.7.2 电路板的多层设计 527

15.7.3 过孔设计要点 528

15.7.4 防止串扰的布线原则 529

15.7.5 差分线布线原则 529

15.7.6 开关电源PCB设计要点 530

15.8 本章小结 531

第16章 基于高速相机的嵌入式视觉处理系统设计 532

16.1 视觉处理系统概述 532

16.2 嵌入式视觉处理系统结构设计 533

16.3 芯片选型 535

16.4 基于Camera Link工业相机接口的硬件设计 537

16.5 基于Camera Link接口的FPGA程序设计要点 541

16.6 基于VGA接口的图像的实时缩小与算法结构 542

16.7 FPGA与DSP的协同工作模式 545

16.8 乒乓操作的进阶——零延时数据传输 545

16.9 系统调试 546

16.10 本章小结 547