FPGA电子系统设计项目实战 VHDL语言PDF电子书下载

第1章 FPGA电子系统的设计方法 1

1.1 电子系统设计 1

1.1.1 总体方案确定 1

1.1.2 子系统设计 2

1.2 印制电路板设计 3

1.2.1 准备工作 4

1.2.2 元器件布局与布线 4

1.2.3 印制焊盘的尺寸及形状 8

1.2.4 印制导线的尺寸及形状 10

1.2.5 印制导线的抗干扰和屏蔽 12

1.2.6 印制电路板的对外连接 14

1.2.7 表面贴装技术对印制板的要求 15

1.3 电子系统的安装与调试 15

1.3.1 电子系统的安装 15

1.3.2 元器件的引脚识别 16

1.3.3 电子系统的调试 17

1.4 电子系统抗干扰措施 18

1.4.1 正确选择器件 19

1.4.2 正确分布元器件 19

1.4.3 交流输入电源增加电源滤波器 19

1.4.4 施加屏蔽措施 20

1.4.5 使用合理的接地方式 21

1.4.6 电路加入滤波电容和补偿电容 22

第2章 MAX+plusⅡ使用方法 24

2.1 编程存储及编译 24

2.2 指定器件及编译 27

2.3 指定器件引脚及编译 27

2.4 下载 28

2.5 存储及编译图形描述（电路图） 28

2.6 仿真 31

第3章 FPGA的硬件描述语言VHDL 34

3.1 VHDL程序的特点 34

3.2 VHDL程序的基本结构 35

3.2.1 库说明 35

3.2.2 实体说明 36

3.2.3 结构体说明 37

3.3 VHDL的数据 37

3.3.1 基本标志符 38

3.3.2 数据对象 38

3.3.3 数据类型 39

3.4 VHDL的表达式 41

3.4.1 逻辑运算符 42

3.4.2 算术运算符 42

3.4.3 关系运算符 43

3.4.4 并置运算符 43

3.4.5 操作符的运算优先级 44

第4章 VHDL的顺序描述语句 45

4.1 信号赋值语句和变量赋值语句 45

4.2 if语句 46

4.3 case语句 48

4.4 for loop循环语句 50

4.5 null语句 51

第5章 VHDL的并行描述语句 53

5.1 进程语句 53

5.2 并发信号赋值语句 56

5.3 条件信号赋值语句 57

5.4 选择信号赋值语句 59

5.5 元件例化语句 60

5.6 生成语句 64

第6章 VHDL的时钟信号描述方法 68

6.1 时钟信号的VHDL描述方法 68

6.1.1 时钟边沿的描述 68

6.1.2 时序电路中进程敏感信号是时钟信号 69

6.2 时序电路中复位信号的VHDL描述方法 69

6.2.1 同步复位 70

6.2.2 异步复位 70

第7章 VHDL的有限状态机的设计 72

7.1 有限状态机的基本概念 72

7.2 一个Moore型有限状态机的设计方法 73

第8章 FPGA数字电路设计实例 79

8.1 门电路FPGA设计 79

8.1.1 与非门电路 79

8.1.2 二输入或非门电路 82

8.1.3 二输入异或门电路 83

8.1.4 反向器门电路 85

8.1.5 三态门电路 86

8.1.6 单向总线缓冲器 86

8.1.7 双向总线缓冲器 87

8.2 组合逻辑电路FPGA设计 87

8.2.1 监视交通信号灯工作状态的逻辑电路 87

8.2.2 8线—3线编码器 88

8.2.3 8线—3线优先编码器 89

8.2.4 二—十进制编码器 91

8.2.5 译码器（3线—8线） 92

8.2.6 二—十进制译码器 94

8.2.7 BCD七段显示译码器 95

8.2.8 代码转换电路 96

8.2.9 四选—数据选择器 98

8.2.10 八选—数据选择器 99

8.2.11 四位全加器 99

8.2.12 八位加法器 101

8.2.13 多位数值比较器 103

8.3 触发器FPGA设计 103

8.3.1 RS触发器 104

8.3.2 主从JK触发器 104

8.3.3 D触发器 106

8.4 时序逻辑电路FPGA设计 107

8.4.1 寄存器 107

8.4.2 双向移位寄存器 108

8.4.3 串行输入并行输出移位寄存器 109

8.4.4 循环移位寄存器 110

8.4.5 四位同步二进制计数器 111

8.4.6 单时钟同步十六进制加／减计数器 112

8.4.7 双时钟同步十六进制加／减计数器 113

8.4.8 同步十进制加法计数器 116

8.4.9 单时钟同步十进制可逆计数器 118

8.4.10 异步二进制加法计数器 119

8.4.11 同步一百进制计数器 121

8.4.12 同步二十九进制计数器 122

8.4.13 顺序脉冲发生器 124

8.4.14 序列信号发生器 125

8.4.15 用状态机方法设计十三进制计数器 126

8.4.16 串行数据检测器 127

8.4.17 能自启动的七进制计数器 129

8.4.18 能自启动的三位环形计数器 130

8.4.19 用状态机方法设计十进制减法计数器 131

第9章 FPGA外围电路集成运算放大器 133

9.1 集成运算放大器典型电路 133

9.1.1 反相比例运算电路 133

9.1.2 同相比例运算电路 134

9.1.3 反相求和运算电路 134

9.1.4 同相求和运算电路 134

9.1.5 加减运算电路 135

9.1.6 积分运算电路 135

9.1.7 微分运算电路 136

9.1.8 压控电压源二阶低通滤波器 136

9.1.9 压控电压源二阶高通滤波器 136

9.1.10 RC桥式正弦振荡电路 137

9.1.11 方波发生电路 137

9.1.12 方波和三角波发生电路 138

9.1.13 过零比较器 138

9.1.14 一般单限比较器 139

9.1.15 滞回比较器 139

9.1.16 窗口比较器 141

9.1.17 精密整流电路 141

9.2 单电源供电的集成运算放大器的应用 142

9.2.1 单电源集成运放的放大电路 142

9.2.2 单电源集成运放的正弦波发生器 143

9.2.3 单电源集成运放的方波三角波发生器 144

9.2.4 单电源集成运放的低通滤波器 144

9.2.5 单电源集成运放的高通滤波器 144

9.2.6 单电源集成运放的比较器 145

9.2.7 单电源比较器 145

9.2.8 单电源比较器组成的窗口比较器 146

9.2.9 高效率音频功率放大器 146

9.2.10 单电源集成运放综合设计 150

9.3 集成运算放大器的综合应用 151

9.3.1 小信号功率放大器 151

9.3.2 具有放大、滤波及继电器控制的模拟信号检测与控制系统 153

9.3.3 具有放大、F/V转换及继电器控制的模拟信号频率检测与控制系统 156

9.3.4 间歇正弦波控制路 158

9.3.5 语音信号放大器 160

9.3.6 程控放大器0～40dB 160

9.3.7 宽带放大器 162

9.3.8 正弦交流电压有效值控制的压控振荡电路 163

9.3.9 电压转换恒定电流电路 164

9.3.10 实用温控器 165

9.3.11 用热释电传感器的报警电路 166

9.3.12 基于PWM的LED调光电路 166

9.3.13 具有放大、滤波器、计数功能的电子电路 168

第10章 FPGA数字电路系统设计实例 171

10.1 数字信号的发送和接收电路 171

10.2 序列计数器 173

10.3 设计一个自动售邮票的控制电路 176

10.4 数字锁 178

10.5 设计一个汽车尾灯的控制电路 181

10.6 交通灯控制器 184

10.7 双十字路口交通灯控制器 191

10.8 16×16的点阵显示设计 194

10.9 乒乓球游戏机 198

10.10 三层电梯控制器 203

10.11 汽车停车场停车位显示系统 208

10.12 智力竞赛抢答计时器的设计 210

10.13 出租车计费器 216

10.14 定时器 221

10.15 秒表 224

10.16 数字钟 230

10.17 数字频率计 237

10.18 电子琴电路设计 243

10.19 《友谊地久天长》乐曲演奏电路设计 245

10.20 寄存序列型信号发生器 252

10.21 正负脉宽数控调制信号发生器设计 255

10.22 智能函数发生器设计 256

10.23 周期可调的多波形发生器 263

10.24 模拟信号检测 269

10.25 数据采集及监控系统 275

第11章 FPGA电子系统设计项目 280

11.1 项目1 FPGA控制的数码显示电路 280

11.1.1 设计要求 280

11.1.2 设计分析 280

11.1.3 显示原理 280

11.1.4 驱动八位数码管显示电路框图 281

11.1.5 模块及模块功能 282

11.2 项目2 键盘控制电路 286

11.2.1 设计要求 286

11.2.2 设计分析 286

11.2.3 设计思想与源程序 287

11.3 项目 3 用8×8行共阴、列共阳双色点阵发光器件显示汉字 293

11.3.1 设计要求 293

11.3.2 设计分析 293

11.3.3 器件及硬件电路 293

11.3.4 设计软件的思路及源程序 296

11.4 项目4 FPGA控制的数模D/A转换电路 309

11.4.1 设计要求 309

11.4.2 设计分析 309

11.4.3 DAC0832转换器 309

11.4.4 数模DA转换电路 310

11.4.5 FPGA控制的数模D/A转换电路 311

11.5 项目5 FPGA控制的模数A/D转换0809的应用 312

11.5.1 设计要求 312

11.5.2 设计分析 313

11.5.3 ADC0809转换器及其转换电路 313

11.5.4 FPGA控制的模数A/D转换电路 316

11.5.5 用数码管显示模数A/D转换器的输入电压 319

11.5.6 ADC0809转换模拟输入负电压电路 324

11.6 项目 6 数控式可逆步进调压直流稳压电源 325

11.6.1 设计要求 325

11.6.2 原理及硬件电路 325

11.6.3 软件设计思想及源程序 326

11.7 项目7 数控式直流电流源 330

11.7.1 设计指标及框图 330

11.7.2 硬件电路图 330

11.7.3 软件设计思想及源程序 332

11.8 项目8 低频数字式相位测量仪 336

11.8.1 低频数字式相位测量仪设计指标及框图 336

11.8.2 移相网络 336

11.8.3 相位测量 338

11.9 项目9 多路数据采集系统 348

11.9.1 设计内容 348

11.9.2 现场模拟信号产生器 349

11.9.3 八路数据采集器 351

11.9.4 主控器 355

11.10 项目10 测量放大器 370

11.10.1 测量放大器系统 370

11.10.2 桥式电路 371

11.10.3 信号变换放大器 371

11.10.4 直流电压放大器 371

11.10.5 程控的直流电压放大器 373

11.11 项目 11 功率放大器 385

11.11.1 设计任务 385

11.11.2 功率放大器 385

11.11.3 前置放大器 386

11.11.4 系统测试 387

11.11.5 自制稳压电源 387

11.11.6 集成功率放大器 388

11.12 项目12 开关型稳压电源 393

11.12.1 脉冲宽度调制电路MIC2194 394

11.12.2 MC34060控制的串联型开关稳压电源 395

11.13 项目13 程控滤波器 396

11.13.1 设计要求 396

11.13.2 设计框图 397

11.13.3 程控放大器 397

11.13.4 程控低通滤波器 400

11.13.5 程控高通滤波器 403

11.13.6 程控滤波器的FPGA控制核心 404

11.14 项目14 信号发生器 426

11.14.1 设计要求 426

11.14.2 信号发生器的功能及其内部接线 426

11.14.3 信号发生器的FPGA内部结构 428

11.14.4 调用MAX+plusⅡ10.2中的除法元件方法 449

11.15 项目15 交流电压参数的测量 451

11.15.1 设计要求 451

11.15.2 给定的器件 452

11.15.3 硬件电路 454

11.15.4 软件电路 456

11.16 项目16 宽带放大器 472

11.16.1 设计要求 472

11.16.2 硬件电路 473

11.16.3 软件电路 476

11 17 项目17 高效率音频功率放大器 493

11.17.1 设计要求 493

11.17.2 D类放大器的工作原理 493

11.17.3 硬件电路 494

11.17.4 软件电路 497

11.18 项目18 数字化语音存储与回放系统 508

11.18.1 设计要求 508

11.18.2 硬件电路 508

11.18.3 软件电路 511

11.19 项目 19 数字式工频有效值多用表 517

11.19.1 硬件电路 518

11.19.2 软件电路 518

11.20 项目20 简易电阻、电容和电感测量仪 538

11.20.1 设计要求 538

11.20.2 硬件电路 538

11.20.3 软件电路 540

11.21 项目21 数字幅频均衡功率放大器 553

11.21.1 设计要求 553

11.21.2 设计框图 554

11.21.3 三级放大电路 554

11.21.4 带阻网络 555

11.21.5 低通滤波电路 555

11.21.6 A/D转换 555

11.21.7 D/A转换和功率放大器 555

11.21.8 FPGA程序 555

附录：部分图片索引 563

参考文献 564