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FPGA设计软件——QuartusⅡ及其使用方法 24
2.1编程存储及编译 24
2.2指定器件引脚及编译 28
2.3下载 30
2.4存储及编译图形描述（电路图） 30
2.5掉电可存储下载方法 33
第3章FPGA的硬件描述语言VHDL 36
3.1 VHDL程序的特点 36
3.2 VHDL程序的基本结构 37
3.2.1库说明 37
3.2.2实体说明 38
3.2.3结构体说明 39
3.3 VHDL的数据 39
3.3.1基本标志符 40
3.3.2数据对象 40
3.3.3数据类型 41
3.4 VHDL的表达式 43
3.4.1逻辑运算符 44
3.4.2算术运算符 44
3.4.3关系运算符 45
3.4.4并置运算符 45
3.4.5操作符的运算优先级 46
第4章VHDL的顺序描述语句 47
4.1信号赋值语句和变量赋值语句 47
4.2 if语句 48
4.3 case语句 50
4.4 for loop循环语句 52
4.5 null语句 53
第5章VHDL的并行描述语句 55
5.1进程语句 55
5.2并发信号赋值语句 58
5.3条件信号赋值语句 59
5.4选择信号赋值语句 61
5.5元件例化语句 62
5.6生成语句 66
第6章VHDL的时钟信号描述方法 70
6.1时钟信号的VHDL描述方法 70
6.1.1时钟边沿的描述 70
6.1.2时序电路中进程敏感信号是时钟信号 71
6.2时序电路中复位信号的VHDL描述方法 71
6.2.1同步复位 72
6.2.2异步复位 72
第7章VHDL的有限状态机的设计7.1有限状态机的基本概念 74
7.2一个Moore型有限状态机的设计方法 75
第8章FPGA数字电路设计实例 81
8.1门电路FPGA设计 81
8.1.1与非门电路 81
8.1.2二输入或非门电路 84
8.1.3二输入异或门电路 85
8.1.4反向器门电路 87
8.1.5三态门电路 88
8.1.6单向总线缓冲器 88
8.1.7双向总线缓冲器 89
8.2组合逻辑电路FPGA设计 89
8.2.1监视交通信号灯工作状态的逻辑电路 89
8.2.2 8线-3线编码器 90
8.2.3 8线-3线优先编码器 91
8.2.4二一十进制编码器 93
8.2.5译码器（3线-8线） 94
8.2.6二一十进制译码器 96
8.2.7 BCD七段显示译码器 97
8.2.8代码转换电路 98
8.2.9四选一数据选择器 100
8.2.10八选一数据选择器 101
8.2.11 4位全加器 101
8.2.12 8位加法器 103
8.2.13多位数值比较器 105
8.3触发器FPGA设计 105
8.3.1 RS触发器 106
8.3.2主从JK触发器 106
8.3.3 D触发器 108
8.4时序逻辑电路FPGA设计 109
8.4.1寄存器 109
8.4.2双向移位寄存器 110
8.4.3串行输入并行输出移位寄存器 111
8.4.4循环移位寄存器 112
8.4.5 4位同步二进制计数器 113
8.4.6单时钟同步十六进制加/减计数器 114
8.4.7双时钟同步十六进制加/减计数器 115
8.4.8同步十进制加法计数器 118
8.4.9单时钟同步十进制可逆计数器 120
8.4.10异步二进制加法计数器 121
8.4.11同步一百进制计数器 123
8.4.12同步二十九进制计数器 124
8.4.13顺序脉冲发生器 126
8.4.14序列信号发生器 127
8.4.15用状态机方法设计十三进制计数器 128
8.4.16串行数据检测器 129
8.4.17能自启动的七进制计数器 131
8.4.18能自启动的三位环形计数器 132
8.4.19用状态机方法设计十进制减法计数器 133
第9章FPGA外围电路——集成运算放大器 135
9.1集成运算放大器典型电路 135
9.1.1反相比例运算电路 135
9.1.2同相比例运算电路 136
9.1.3反相求和运算电路 136
9.1.4同相求和运算电路 136
9.1.5加减运算电路 137
9.1.6积分运算电路 137
9.1.7微分运算电路 138
9.1.8压控电压源二阶低通滤波器 138
9.1.9压控电压源二阶高通滤波器 138
9.1.10 RC桥式正弦振荡电路 139
9.1.11方波发生电路 139
9.1.12方波和三角波发生电路 140
9.1.13过零比较器 140
9.1.14一般单限比较器 141
9.1.15滞回比较器 141
9.1.16窗口比较器 143
9.1.17精密整流电路 143
9.2单电源供电的集成运算放大器的应用 144
9.2.1单电源集成运放的放大电路 144
9.2.2单电源集成运放的正弦波发生器 145
9.2.3单电源集成运放的方波三角波发生器 146
9.2.4单电源集成运放的低通滤波器 146
9.2.5单电源集成运放的高通滤波器 146
9.2.6单电源集成运放的比较器 147
9.2.7单电源比较器 147
9.2.8单电源比较器组成的窗口比较器 148
9.2.9高效率音频功率放大器 148
9.2.10单电源集成运放综合设计 152
9.3集成运算放大器的综合应用 153
9.3.1小信号功率放大器 153
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 155
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 158
9.3.4间歇正弦波控制路 160
9.3.5语音信号放大器 162
9.3.6程控放大器0～40dB 162
9.3.7宽带放大器 164
9.3.8正弦交流电压有效值控制的压控振荡电路 165
9.3.9电压转换恒定电流电路 166
9.3.10实用温控器 167
9.3.11用热释电传感器的报警电路 168
9.3.12基于PWM的LED调光电路 168
9.3.13具有放大、滤波器、计数功能的电子电路 170
第10章FPGA数字电路系统设计实例 173
10.1数字信号的发送和接收电路 173
10.2序列计数器 175
10.3设计一个自动售邮票的控制电路 178
10.4数字锁 180
10.5设计一个汽车尾灯的控制电路 183
10.6交通灯控制器 186
10.7双十字路口交通灯控制器 193
10.8 16×16的点阵显示设计 196
10.9乒乓球游戏机 200
10.10三层电梯控制器 205
10.11汽车停车场停车位显示系统 210
10.12智力竞赛抢答计时器的设计 212
10.13出租车计费器 218
10.14定时器 223
10.15秒表 226
10.16数字钟 232
10.17数字频率计 239
10.18电子琴电路设计 245
10.19《友谊地久天长》乐曲演奏电路设计 247
10.20寄存序列型信号发生器 254
10.21正负脉宽数控调制信号发生器设计 257
10.22智能函数发生器设计 258
10.23周期可调的多波形发生器 265
10.24模拟信号检测 271
10.25数据采集及监控系统 277
第11章FPGA电子系统设计项目 282
11.1项目1 FPGA控制的数码显示电路 282
11.1.1设计要求 282
11.1.2设计分析 282
11.1.3显示原理 282
11.1.4驱动8位数码管显示电路框图 283
11.1.5模块及模块功能 284
11.2项目2键盘控制电路 288
11.2.1设计要求 288
11.2.2设计分析 288
11.2.3设计思想与源程序 289
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 295
11.3.1设计要求 295
11.3.2设计分析 295
11.3.3器件及硬件电路 295
11.3.4设计软件的思路及源程序 298
11.4项目4 FPGA控制的数模D/A转换电路 311
11.4.1设计要求 311
11.4.2设计分析 311
11.4.3 DAC0832转换器 311
11.4.4数模D/A转换电路 312
11.4.5 FPGA控制的数模D/A转换电路 313
11.5项目5 FPGA控制的模数A/D转换0809的应用 314
11.5.1设计要求 314
11.5.2设计分析 315
11.5.3 ADC0809转换器及其转换电路 315
11.5.4 FPGA控制的模数A/D转换电路 318
11.5.5用数码管显示模数A/D转换器的输入电压 321
11.5.6 ADC0809转换模拟输入负电压电路 326
11.6项目6数控式可逆步进调压直流稳压电源 327
11.6.1设计要求 327
11.6.2原理及硬件电路 327
11.6.3软件设计思想及源程序 328
11.7项目7数控式直流电流源 331
11.7.1设计指标及框图 331
11.7.2硬件电路图 331
11.7.3软件设计思想及源程序 333
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 8路数据采集器 351
11.9.4主控器 354
11.10项目10测量放大器 369
11.10.1测量放大器系统 369
11.10.2桥式电路 370
11.10.3信号变换放大器 370
11.10.4直流电压放大器 370
11.10.5程控的直流电压放大器 372
11.11项目11功率放大器 384
11.11.1设计任务 384
11.11.2功率放大器 384
11.11.3前置放大器 385
11.11.4系统测试 386
11.11.5自制稳压电源 386
11.11.6集成功率放大器 387
11.12项目12开关型稳压电源 392
11.12.1脉冲宽度调制电路MIC2194 393
11.12.2 MC34060控制的串联型开关稳压电源 394
11.13项目13程控滤波器 395
11.13.1设计要求 395
11.13.2设计框图 396
11.13.3程控放大器 396
11.13.4程控低通滤波器 399
11.13.5程控高通滤波器 402
11.13.6程控滤波器的FPGA控制核心 403
11.14项目14信号发生器 425
11.14.1设计要求 425
11.14.2信号发生器的功能及其内部接线 425
11.14.3信号发生器的FPGA内部结构 427
11.14.4调用QuartusⅡ中的除法器件方法 448
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
11.22项目22红外光通信装置 562
11.22.1设计要求 562
11.22.2红外光语音通信装置 563
11.22.3红外光温度数字信号通信装置 565
11.22.4红外光通信装置总结 583
11.23项目23数字频率计 584
11.23.1设计要求 584
11.23.2系统设计方案和电路 584
11.23.3信号频率测量 587
11.23.4时间间隔测量系统模块 595
11.23.5占空比测量系统模块 603
11.24项目24基于FPGA与nRF24L01的无线数据传输与应用 607
11.24.1 nRF24L01无线收发器 607
11.24.2 nRF24L01无线收发器工作模式 609
11.24.3 nRF24L01配置 611
11.24.4用FPGA对nRF24L01进行配置 618