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本书以电子工程实践应用为出发点，以Quartus Ⅱ 13.0为设计工具，以ModelSim 10.5b为仿真工具，采用项目式任务驱动的方法，运用VHDL程序描述数字逻辑电子系统。以二位二进制数乘法器设计制作、三路表决器设计制作、四路抢答器设计制作、简易电子琴设计制作、乐曲自动演奏电路设计制作、字符型LCD1602控制器设计制作、LED点阵显示屏控制器设计制作、二自由度云台控制器设计制作这8个项目为载体，系统地介绍了EDA应用技术和VHDL硬件描述语言。将VHDL的基础知识、编程技巧和实用方法与实际工程开发技术相结合。通过本书的学习可迅速了解并掌握EDA技术的基本理论和电子工程开发实用技术。本教材是首批浙江省普通高校十三五新形态教材建设项目成果，适合作为高等职业院校电子、通信类专业及自动控制类专业教材，也可作为电子设计竞赛、FPGA开发应用的自学参考书。

项目1  设计二位二进制数乘法器	1
1.1  二位二进制数乘法器设计任务概述	1
1.2  二位二进制数乘法器设计方案	2
1.3  知识链接—EDA技术概述及设计工具软件的使用方法	7
1.4  二位二进制数乘法器设计实施	29
1.5  二位二进制数乘法器编程下载与硬件测试	41
做一做，试一试	46
项目小结	47
项目2  三路表决器设计制作	48
2.1  三路表决器设计任务描述	48
2.2  三路表决器设计方案	49
2.3  知识链接—VHDL程序结构及标识符	50
2.4  三路表决器设计制作实施	57
做一做，试一试	65
项目小结	66
项目3  四路抢答器设计制作	67
3.1  四路抢答器设计任务描述	67
3.2  四路抢答器设计方案	68
3.3  知识链接—VHDL程序的数据对象与基本运算符	70
3.4  四路抢答控制器设计制作实施	76
3.5  四路抢答器编程下载与硬件测试	81
做一做，试一试	86
项目小结	86
项目4  简易电子琴设计制作	87
4.1  简易电子琴设计任务描述	87
4.2  简易电子琴设计方案	87
4.3  知识链接—VHDL程序的并行语句	93
4.4  简易电子琴控制器设计制作实施	97
4.5  简易电子琴控制器编程下载与硬件测试	104
做一做，试一试	109
项目小结	109
项目5  乐曲自动演奏电路设计制作	110
5.1  乐曲自动演奏电路设计任务描述	110
5.2  乐曲自动演奏电路设计方案	111
5.3  知识链接—VHDL的顺序语句	113
5.4  乐曲自动演奏电路设计制作实施	125
做一做，试一试	135
项目小结	135
项目6  字符型LCD1602控制器设计制作	136
6.1  字符型LCD1602控制器设计任务描述	136
6.2  LCD1602显示控制电路设计方案	137
6.3  知识链接—状态机的VHDL程序描述	142
6.4  LCD1602显示控制器设计制作实施	150
做一做，试一试	166
项目小结	167
项目7  LED点阵显示屏控制器设计制作	168
7.1  LED点阵显示屏控制器设计任务描述	168
7.2  LED点阵显示屏控制器设计方案	169
7.3  知识链接—VHDL程序的描述方式与PLM的使用	172
7.4  LED点阵显示屏控制器设计制作实施	185
做一做，试一试	200
项目小结	200
项目8  二自由度云台控制器设计制作	201
8.1  二自由度云台控制器设计任务描述	201
8.2  二自由度云台控制器设计方案	202
8.3  二自由度云台控制器程序设计	208
8.4  二自由度云台控制器编程下载与硬件测试	241
做一做，试一试	245
项目小结	246
参考文献	247

采用基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的EDA（Electronic Design Automation）技术设计电子系统是用硬件描述语言设计逻辑控制电路，是现代电子工程领域的一门新技术，是电子设计技术与制造技术的核心，给电子产品的设计开发带来革命性变化。随着信息产业和微电子技术、可编程逻辑嵌入式系统设计技术的发展，FPGA应用范围遍及航空航天、医疗、通信、安防、广播、汽车电子、消费类市场、测量测试等多个热门领域。
基于FPGA的EDA技术是软件与硬件相结合的技术。FPGA即代表一种高新技术，又可用来代表以此技术研制的可编程逻辑器件，采用EDA技术，用VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）程序可以描述逻辑控制电路。一片FPGA芯片加载描述不同逻辑控制电路的VHDL程序可产生不同的逻辑控制功能。以往，介绍基于FPGA的EDA技术的教材通常以程序设计教材的形式出现，从FPGA内部结构和工作原理出发，从理论层面介绍VHDL（或Verilog HDL）程序语法及一些经典的验证性单元电路的设计及仿真；从硬件电路调试层面介绍如何使用输入输出电路固定的EDA实验箱，如何将编写好的程序下载到EDA实验箱，以及如何完成硬件仿真测试等。实际上，EDA实验箱采用一体化结构，输入输出电路的元件相对固定，很难加入学生自己设计的外围电路，不利于学生的动手能力与创新能力培养。而且，EDA实验箱的体积较大，携带不便，利用其开展课外学习不方便，限制了学生自主探究学习。
本书采用项目式任务驱动编写方式，将VHDL的基础知识、编程技巧、实际工程开发技术融入典型的电子系统设计制作项目，深入浅出地讲解EDA应用技术、VHDL程序设计与仿真，以及数字电子系统硬件调试。本书各项目的硬件测试均采用FPGA最小系统板。FPGA最小系统只包括FPGA芯片、外部时钟、复位电路、下载电路、电源、Flash和SDRAM等FPGA芯片正常工作必需的基本电路。FPGA最小系统板上的FPGA芯片的IO引脚以插针形式引出，供用户连接外围输入输出电路。使用FPGA最小系统板，学生可自主设计输入输出电路，自主设计VHDL程序。基于FPGA最小系统板进行电子系统硬件电路设计，比用EDA实验箱设计更具扩展性、开放性、创新性。同时，FPGA最小系统板体积小、价格低，大部分学校均可保证学生人手一套，且使用低电压，安全性有保障。学生可以利用自己的计算机，在课余时间自主设计项目，将学习以自主探究的方式延伸到课堂外，从而激发学生学习积极性、主动性，培养学生的实践能力、自主创新能力。
本书在形态上以嵌入二维码的纸质教材为载体，结合移动互联网技术，将教学课件、微课/微视频、动画、软件仿真、学习指导、习题、试卷、拓展资源、主题讨论等数字资源关联在一起，将教材、课堂、教学资源三者融合，成为线上线下相结合的新形态一体化教材，通过移动互联，使学生实现个性化学习、自主学习。
本书在内容的编排上，突出学生能力的培养，基于教、学、做相结合的模式来设计项目，将EDA应用技术、VHDL程序设计及数字电子系统设计的知识内容碎片化，融合到项目任务的完成过程中；采用知识链接的方式系统性地介绍每个项目任务相对应的知识内容；在项目实施上，基于工作过程编排，适合学生进行个性化自主探究学习；在项目的结尾，设计做一做、试一试等作业内容，对项目功能进行扩充，通过完成上述内容，使学生融会贯通地掌握实际知识和技能。
全书共分8个项目。
项目1：以基于原理图的二位二进制数乘法器设计制作为载体，介绍基于FPGA采用EDA技术设计数字电子系统的开发流程；使学生熟悉EDA技术、FPGA工作原理；熟练使用相关软件；学会自顶向下的模块化设计方法。
项目2：以基于VHDL程序的三路表决器的设计制作为载体，训练学生用VHDL程序描述和设计电路的技能；使学生逐步完备VHDL基本语法知识，熟悉VHDL程序结构、语句表述、字符集与标识符。
项目3：以基于VHDL程序的四路抢答器的设计制作为载体，训练学生用VHDL程序描述和设计时序数字电路的技能；使学生熟悉VHDL程序的语法特点，熟练使用VHDL程序的数据对象，设置数据类型、数据对象属性。
项目4：以基于VHDL的简易电子琴设计制作为载体，训练学生将实际的数字系统设计需求转化为数字电子系统硬件描述语言的能力；使学生熟悉VHDL程序的并行执行语句，熟练应用多进程语句间信号的传递。
项目5：以基于VHDL的乐曲自动演奏电路的设计制作为载体，训练学生用VHDL描述分频数字逻辑电路的能力，使学生熟悉VHDL程序顺序执行语句的特点，熟练使用VHDL的顺序语句。
项目6：以基于VHDL程序的字符型LCD1602控制器设计制作为载体，训练学生将驱动实际电子元器件工作的逻辑时序转化为VHDL硬件描述语言的能力；使学生熟悉状态机的类型和特点，熟练使用状态机描述时序逻辑控制电路。
项目7：以LED点阵显示屏控制器设计制作为载体，训练学生VHDL程序的层次化设计能力；使学生熟悉VHDL程序的结构化描述方法，熟练使用元件例化语句及LPM宏功能模块。
项目8：以基于VHDL程序的二自由度云台控制器设计制作为载体，训练学生采用层次化、结构化描述方法设计相对复杂的数字电子系统的综合能力；使学生熟悉原理图、文本混合输入设计方法，熟练使用VHDL程序描述PWM控制信号。
本书由浙江衢州职业技术学院王真富教授编写。书中所有实例源代码均经过QuartusⅡ13.0与ModelSim-Altera 10.5b软件平台测试，各项目均通过下载编程与硬件调试。由于FPGA应用技术发展迅速，作者的水平有限，书中的错漏在所难免，敬请读者批评指正。

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EDA应用技术（第2版）