《FPGA数字逻辑设计(21世纪大学本科计算机专业系列教材)》(作者蔡晓燕)是为“数字逻辑电路”等课程配套的实验教材。作为专业基础课程的配套实验，其主要目的是为学生学习后续硬体类课程培养硬体设计基础和实验技能。《FPGA数字逻辑设计(21世纪大学本科计算机专业系列教材)》首先介绍了可程式器件、数字系统设计方法、电子设计自动化软体、VerilogHDL程式设计方法等基础知识。在此基础上设计了18个实验题目，从组合逻辑电路设计、时序逻辑电路到状态机设计以及常用接口控制器设计。每个实验都从理论知识入手，先给出引导性实验，再进入设计性实验，知识的介绍和实验的要求循序渐进、由浅入深，不仅逻辑严密，而且操作性强。

本书适合作为高等学校计算机类专业及相关专业“数字逻辑”等课程的实验教材，也可供其他领域从事数字系统设计的工程技术人员参考。

第1章逻辑器件简介1

1.1逻辑器件概述1

1.1.1固定逻辑晶片1

1.1.2简单PLD器件2

1.1.3CPLD器件5

1.1.4FPGA器件5

1.1.5专用积体电路9

1.2Cyclone Ⅱ系列FPGA10

1.2.1概述10

1.2.2逻辑单元12

1.2.3片记忆体储器12

1.2.4片内乘法器16

1.2.5输入输出模组17

1.3DE70开发平台19

1.3.1外观和组件19

1.3.2USBBlaster的驱动安装22

1.3.3DE270开发板的使用25

第2章EDA技术基础知识27

2.1数字逻辑系统设计过程27

2.2Quartus Ⅱ使用入门29

2.2.1问题分析和设计29

2.2.2利用Quartus Ⅱ完成电路仿真31

2.2.3尝试自己设计一个实验56

2.3Verilog HDL语言简介56

2.3.1Verilog HDL语言程式的结构56

2.3.2逻辑系统、变数和常量582.3.3操作符和表达式60

2.3.4电路设计的三种不同形式61

第3章组合逻辑电路设计64

3.1选择器实验64

3.1.1二选一多路选择器64

3.1.2四选一多路选择器65

3.1.3实现一个多路选择器66

3.1.4实验内容73

3.2解码器的设计78

3.2.124解码器78

3.2.238解码器81

3.2.3实验内容85

3.3编码器的设计88

3.3.142编码器88

3.3.2实验内容92

3.4三态缓冲器和多路复用器93

3.4.1一位三态缓冲器94

3.4.2实验内容94

3.5简单加法器和乘法器96

3.5.11位加法器96

3.5.2实现一个8位加法器97

3.5.3实验内容104

第4章时序逻辑电路设计106

4.1触发器和锁存器实验106

4.1.1RS锁存器106

4.1.2时钟触发的RS锁存器107

4.1.3D锁存器107

4.1.4时钟边沿触发的D触发器108

4.1.5触发器设计中的非阻塞赋值语句109

4.1.6实验内容111

4.2暂存器实验111

4.2.1暂存器112

4.2.2移位暂存器113

4.2.3实验内容113

4.3计数器实验115

4.3.1加法计数器115

4.3.2减法计数器115

4.3.3实验内容116

4.4定时器118

4.4.1开发板上的时钟信号118

4.4.2实验内容118

4.5存储器实验119

4.5.1DE270实验平台上的M4K119

4.5.2单时钟简单双口RAM119

4.5.3实验内容122

第5章状态机和简单数字系统设计124

5.1状态机实验124

5.1.1有限状态机124

5.1.2简单状态机FSM125

5.1.3状态机的编码方式129

5.1.4实验内容129

5.2雷鸟车尾灯控制器*130

5.2.1实验目的130

5.2.2实验内容130

5.2.3问题分析130

5.3交通控制灯实验132

5.3.1实验目的132

5.3.2实验内容132

第6章简单接口控制器设计133

6.1PS/2接口原理及实现133

6.1.1PS/2接口简介133

6.1.2PS/2接口与FPGA的连线135

6.1.3PS/2键盘控制器的设计136

6.2LCD接口原理及实现138

6.2.1LCD简介138

6.2.2LCD与FPGA的连线139

6.2.3LCD的控制器HD44780141

6.2.4LCD显示控制器的设计147

6.3VGA接口原理及实现154

6.3.1VGA简介154

6.3.2VGA和FPGA的连线155

6.3.3VGA显示控制器的设计157

附录竞争、冒险和毛刺160

附.1竞争、冒险和毛刺现象160

附.2毛刺的消除方法161

附.2.1利用冗余项法161

附.2.2吸收法162

附.2.3锁存法162

附.2.4信号延时法163

参考文献164

第1章逻辑器件简介1

1.1逻辑器件概述1

1.1.1固定逻辑晶片1

1.1.2简单PLD器件2

1.1.3CPLD器件5

1.1.4FPGA器件5

1.1.5专用积体电路9

1.2Cyclone Ⅱ系列FPGA10

1.2.1概述10

1.2.2逻辑单元12

1.2.3片记忆体储器12

1.2.4片内乘法器16

1.2.5输入输出模组17

1.3DE70开发平台19

1.3.1外观和组件19

1.3.2USBBlaster的驱动安装22

1.3.3DE270开发板的使用25

第2章EDA技术基础知识27

2.1数字逻辑系统设计过程27

2.2Quartus Ⅱ使用入门29

2.2.1问题分析和设计29

2.2.2利用Quartus Ⅱ完成电路仿真31

2.2.3尝试自己设计一个实验56

2.3Verilog HDL语言简介56

2.3.1Verilog HDL语言程式的结构57

2.3.2逻辑系统、变数和常量58

2.3.3操作符和表达式60

2.3.4电路设计的三种不同形式61

第3章组合逻辑电路设计65

3.1选择器实验65

3.1.1二选一多路选择器65

3.1.2四选一多路选择器66

3.1.3实现一个多路选择器67

3.1.4实验内容74

3.2解码器的设计79

3.2.124解码器79

3.2.238解码器82

3.2.3实验内容86

3.3编码器的设计89

3.3.142编码器89

3.3.2实验内容93

3.4三态缓冲器和多路复用器94

3.4.1一位三态缓冲器95

3.4.2实验内容95

3.5简单加法器和乘法器97

3.5.11位加法器97

3.5.2实现一个8位加法器98

3.5.3实验内容105

第4章时序逻辑电路设计107

4.1触发器和锁存器实验107

4.1.1RS锁存器107

4.1.2RS时钟触发的RS锁存器108

4.1.3D锁存器108

4.1.4时钟边沿触发的D触发器108

4.1.5触发器设计中的非阻塞赋值语句111

4.1.6实验内容112

4.2暂存器实验113

4.2.1暂存器113

4.2.2移位暂存器114

4.2.3实验内容115

4.3计数器实验116

4.3.1加法计数器116

4.3.2减法计数器117

4.3.3实验内容117

4.4定时器119

4.4.1开发板上的时钟信号119

4.4.2实验内容119

4.5存储器实验120

4.5.1DE270实验平台上的M4K120

4.5.2单时钟简单双口RAM121

4.5.3实验内容124

第5章状态机和简单数字系统设计125

5.1状态机实验125

5.1.1有限状态机125

5.1.2简单状态机FSM126

5.1.3状态机的编码方式129

5.1.4实验内容130

5.2雷鸟车尾灯控制器131

5.2.1实验目的131

5.2.2实验内容131

5.2.3问题分析131

5.3交通控制灯实验132

5.3.1实验目的132

5.3.2实验内容132

第6章简单数字系统设计134

6.1PS/2接口原理及实现134

6.1.1PS/2接口简介134

6.1.2PS/2接口与FPGA的连线136

6.1.3PS/2键盘控制器的设计137

6.2LCD接口原理及实现139

6.2.1LCD简介139

6.2.2LCD与FPGA的连线140

6.2.3LCD的控制器HD44780142

6.2.4LCD显示控制器的设计148

6.3VGA接口原理及实现155

6.3.1VGA简介155

6.3.2VGA和FPGA的连线156

6.3.3VGA显示控制器的设计158

附录竞争、冒险和毛刺161

附1竞争、冒险和毛刺现象161

附2毛刺的消除方法162

附2.1利用冗余项法162

附2.2吸收法163

附2.3锁存法163

附2.4信号延时法164

参考文献165

第1章数在计算机中的表示形式1

1.1机器数与真值1

1.2常见的机器数表示形式2

1.2.1原码2

1.2.2补码3

1.2.3反码4

1.2.4原码、补码和反码之间的转换4

1.2.5移码錶示法5

1.2.64种机器数表示形式的比较和小结6

1.3数的定点表示与浮点表示6

1.3.1定点表示法6

1.3.2浮点表示法7

1.4二十进制编码10

1.4.1二十进制编码特点10

1.4.28421码10

1.5二进制信息的计量单位11

习题112

第2章计算机的基本结构与工作过程13

2.1计算机的基本结构13

2.1.1冯·诺依曼计算机基本结构13

2.1.2计算机的基本组成框图及功能部件简介14

2.2计算机的工作流程17

2.2.1指令与程式17

2.2.2计算机的基本工作流程18

2.3计算机系统的组成21

2.3.1硬体与软体21

2.3.2计算机系统的基本组成21

2.4微型计算机的产生和发展22

2.4.1世界上第一个微处理器和微型计算机的诞生22

2.4.2微型计算机的发展阶段22

2.5微型计算机的分类及主要技术指标24

2.5.1微型计算机的分类24

2.5.2微型计算机的主要技术指标25

2.6微型计算机的基本结构及系统组成26

2.6.1微型计算机基本结构27

2.6.2微型计算机的系统组成28

习题228

目录微机原理与接口技术第3章微处理器的编程结构30

3.1微处理器的工作模式30

3.1.1实模式31

3.1.2保护模式31

3.1.3虚拟8086模式31

3.2微处理器的编程结构32

3.2.1程式可见暂存器32

3.2.280x86/Pentium处理器的暂存器模型32

3.3实模式下的存储器定址37

3.3.1实模式下的存储器地址空间37

3.3.2存储器分段技术37

3.3.3实模式下的存储器定址38

3.3.4堆叠42

3.4实模式I/O地址空间43

习题344

第4章定址方式与指令系统45

4.1定址方式45

4.1.1数据定址方式46

4.1.2转移地址定址方式52

4.2指令编码54

4.2.1指令编码格式54

4.2.2指令编码举例57

4.38086指令系统57

4.3.1数据传送指令58

4.3.2算术运算指令64

4.3.3逻辑运算与移位指令76

4.3.4串操作指令79

4.3.5转移指令83

4.3.6处理器控制指令90

4.480286～Pentium指令系统91

习题491

第5章彙编语言的基本语法93

5.1彙编语言的特点93

5.2彙编语言程式结构和基本语法94

5.2.1示例程式94

5.2.2基本概念95

5.2.3指令语句101

5.2.4伪指令语句104

5.2.5结构与记录111

5.2.6宏指令113

5.2.7简化段定义116

5.3ROM BIOS中断调用和DOS系统功能调用117

5.3.1ROM BIOS中断调用117

5.3.2DOS系统功能调用118

5.4彙编语言程式的上机过程118

5.4.1.exe档案的上机过程118

5.4.2.com档案及其上机过程126

习题5128

第6章彙编语言程式设计及套用132

6.1彙编语言程式设计的基本方法132

6.1.1程式设计的基本步骤132

6.1.2程式的基本结构形式133

6.1.3子程式设计135

6.2彙编语言的编程套用137

6.2.1I/O与通信137

6.2.2声音与时钟138

6.2.3乐曲程式139

6.2.4键盘I/O143

6.2.5滑鼠器编程145

6.2.6图形显示148

6.3Windows彙编语言程式设计简介152

6.3.1Windows API函式152

6.3.2动态程式库153

6.3.3指令集选择153

6.3.4工作模式选择153

6.3.5函式的原型定义154

6.3.6Windows应用程式的基本结构框架154

6.3.7Win32彙编语言应用程式实例154

6.3.8MASM 32彙编与连线命令156

6.4高级彙编语言技术156

6.4.1条件彙编156

6.4.2库的使用157

6.4.3彙编语言与高级语言的混合编程158

习题6163

第7章微处理器的内部结构及外部功能特性164

7.1微处理器的内部结构164

7.1.1汇流排接口单元BIU164

7.1.2指令Cache与数据Cache165

7.1.3超标量流水线结构165

7.1.4动态转移预测及转移目标缓冲器BTB166

7.1.5指令预取器和预取缓冲器168

7.1.6指令解码器169

7.1.7执行单元EU169

7.1.8浮点处理单元FPU169

7.1.9控制单元CU170

7.2微处理器的外部功能特性170

7.2.1微处理器的外部引脚信号170

7.2.2微处理器的汇流排时序175

习题7179

第8章I/O接口与DMA技术181

8.1I/O接口概述181

8.1.1I/O接口的基本功能181

8.1.2I/O接口的基本结构182

8.1.3I/O连线埠的编址方式183

8.1.4I/O接口的地址分配184

8.1.5I/O接口的地址解码及片选信号的产生185

8.1.6I/O指令186

8.2I/O控制方式186

8.2.1程式控制方式187

8.2.2中断控制方式188

8.2.3DMA方式189

8.3DMA接口技术190

8.3.1DMA控制器的基本功能190

8.3.2DMA控制器的一般结构191

8.3.3DMA控制器的工作方式192

8.3.4DMA工作过程193

8.3.5可程式DMA控制器8237194

习题8195