第1章 认识数字系统设计开发环境 1
教学导航 1
任务1 基于原理图实现的基本门电路设计 2
1.1 QuartusⅡ集成开发环境 14
1.1.1 认识QuartusⅡ集成开发环境 14
1.1.2 QuartusⅡ集成开发环境的设计流程 15
1.1.3 常用可编程逻辑器件开发环境 15
任务2 基于原理图实现的2选1数据选择器设计 17
1.2 可编程逻辑器件 21
1.2.1 什么是可编程逻辑器件 21
1.2.2 简单可编程逻辑器件 23
1.2.3 高密度可编程逻辑器件 25
1.2.4 可编程逻辑器件主要厂商 37
1.3 EDA技术 38
1.3.1 电子系统设计方法 38
1.3.2 FPGA/CPLD进行电路设计的一般流程 40
知识梳理与总结 41
习题1 42
第2章 Verilog设计基础 44
教学导航 44
任务3 基于HDL实现的基本门电路设计 45
2.1 Verilog模块结构与数字系统设计流程 49
2.1.1 HDL的概念及特点 49
2.1.2 Verilog电路模块的一般结构 50
2.1.3 基于Verilog的系统设计流程 54
任务4 基于HDL实现的2选1数据选择器设计 57
2.2 数据类型、常量及变量 61
2.2.1 标识符 61
2.2.2 常量 62
2.2.3 变量及其数据类型 64
2.3 连续赋值语句及“？：”语句 66
2.3.1 持续赋值语句 66
2.3.2 “？：”语句 67
2.4 运算符及表达式 69
2.4.1 运算符 69
2.4.2 表达式 74
任务5 2位二进制数据比较器的设计 74
2.5 条件语句 80
2.5.1 if条件语句 80
2.5.2 case条件语句 83
2.6 循环语句 86
2.6.1 for语句 86
2.6.2 repeat语句 87
2.6.3 while 语句 88
2.6.4 forever语句 88
任务6 4选1数据选择器的设计 88
2.7 VerilogHDL的模块调用 92
知识梳理与总结 95
习题2 95
第3章 组合逻辑电路设计 97
教学导航 97
任务7 三人表决器设计 98
3.1 组合逻辑电路设计基础 104
3.1.1 组合逻辑电路的定义和基本特征 104
3.1.2 标准CMOS组合逻辑电路结构 105
3.1.3 典型组合逻辑电路设计方法 107
3.2 理解Verilog的并行语句 108
任务8 一位加法器的设计 111
3.3 运算部件及其设计方法 117
3.3.1 加法器 117
3.3.2 乘法器与除法器 120
任务9 3-8译码器的设计 124
3.4 Verilog语言的过程及用法 130
3.4.1 过程块和过程语句 130
3.4.2 过程中的阻塞赋值与非阻塞赋值 132
3.4.3 基于过程块的组合逻辑建模标准 135
任务10 基于三态门的双向端口设计 137
3.5 三态门的原理及其应用 143
3.5.1 三态门电路 143
3.5.2 三态门电路应用——多路选择器设计 144
任务11 七段LED数码管显示电路设计 146
3.6 LED数码管显示电路及其设计方法 152
3.6.1 LED数码管及其显示电路 152
3.6.2 动态LED数码管显示电路设计 155
知识梳理与总结 157
习题3 157
第4章 时序逻辑电路设计 160
教学导航 160
任务12 上升沿检测电路设计 161
4.1 时序逻辑电路基本概念 164
4.1.1 时序逻辑电路设计中的等效模型 164
4.1.2 触发器的建立时间和保持时间 164
4.1.3 时序分析基础 165
4.1.4 同步电路设计规则 166
任务13 带异步复位／同步置位端的D触发器设计 166
4.2 D触发器及其设计方法 170
任务14 计数器设计 174
4.3 计数器及其设计方法 176
4.3.1 计数器基本概念 176
4.3.2 计数器设计方法 176
任务15 分频器设计 180
4.4 分频器及其设计方法 183
4.4.1 2的整数次幂的分频器设计 183
4.4.2 偶数分频电路设计 184
4.4.3 占空比为1:16的分频电路设计 184
4.4.4 奇数分频电路设计 185
任务16 流水灯设计 187
4.5 数据寄存器及其设计方法 191
4.5.1 数据寄存器设计 191
4.5.2 移位数据寄存器设计 192
任务17 采用状态机实现序列检测器设计 195
4.6 状态机及其设计方法 200
4.6.1 状态机的基本概念 200
4.6.2 状态机的几种描述方法 202
知识梳理与总结 206
习题4 207
第5章 数字系统的验证 209
教学导航 209
任务18 跑表的设计及验证 210
5.1 Modelsim仿真工具 218
5.2 使用Modelsim进行功能仿真 222
5.2.1 Modelsim的运行方式 222
5.2.2 Modelsim仿真步骤 223
5.3 Testbench设计方法 228
5.3.1 Testbench基本结构 228
5.3.2 简单CPU接口激励产生方式 229
5.3.3 仿真结果分析 229
5.3.4 常用产生激励描述方式 229
5.4 常用的Verilog测试语句 232
知识梳理与总结 234
习题5 234
第6章 数字系统设计实践 236
任务19 简易数字钟设计 237
任务20 可编程多彩霓虹灯设计 247
任务21 小型运算器设计 257
任务22 多功能密码锁设计 267
任务23 交通灯控制器设计 279
任务24 智能赛道计时器设计 288
任务25 自动售货机设计 305