《數字系統設計與EDA技術（第2版）/全國高等職業教育規劃教材》從初學者的角度出發，介紹了EDA技術的基礎知識、EDA開發軟件QuartusⅡ的使用方法和VHDL硬件描述語言的語法規則，針對EDA技術的特點，通過設計比較器、加法器、編碼器、計數器、寄存器、計時器、電子密碼鎖和智力競賽搶答器等典型電路，從入門、熟練、應用和發展4個層次來闡述EDA技術，使讀者感到易學、易懂。
計算機技術和電子技術的不斷發展給數字系統的設計方法帶來了全新的變革，基于電子設計自動化(Electronic Design Automation，EDA)技術的設計方法正在成為現代數字系統設計的主流。電子工程技術人員利用可編程邏輯器件和EDA開發軟件，使用硬件描述語言就可以設計出所需要的數字系統，減少了開發成本和開發時問。
高職高專以就業為導向、以職業能力培養為主體的指導思想，必然要把教學重點從以邏輯門和觸發器等通用器件為載體、以真值表和邏輯方程為表達方式、以手工調試的傳統數字電路設計方法向以可編程邏輯器件為載體、以硬件描述語言為表達方式、以EDA技術為調試手段的現代數字系統設計方法轉換。針對EDA技術的特點和發展趨勢，本書介紹了數字系統和EDA技術的相關知識，通過具體的設計實例講解Ahera公司EDA開發工具QuartusⅡ軟件的使用方法、VHDL硬件描述語言的語法規則，通過設計比較器、加法器、編碼器、計數器、寄存器、計時器、電子密碼鎖和智力競賽搶答器等典型電路，由淺入深、循序漸進地學習EDA技術，全書共分為以下7章：
第1章主要講授數字系統的相關概念、數字系統的設計方法以及EDA技術的發展趨勢。讀者通過本章的學習能夠對可編程邏輯器件、EDA軟件和硬件描述語言有所認識。
第2章主要講授邏輯代數、邏輯門和集成觸發器等邏輯電路的基礎知識，安排了兩次用傳統方法驗證數字電路邏輯關系的實訓。本章的學習能夠將傳統的數字電子技術與現代數字系統相銜接，保持知識的連貫性，同時也符合由淺入深、循序漸進的學習規律。
第3章本章從應用角度出發，在講解了可編程原理后，全面介紹了可編程邏輯器件的結構和分類，系統地闡述了Altera公司主流芯片的結構和性能。
第4章通過具體的設計項目，講解EDA開發工具QuartusⅡ軟件的使用方法，展示了利用EDA軟件對數字系統進行編輯、編譯和仿真的全部過程，讀者能夠了解QuartusⅡ軟件的功能，并學會使用。
第5章、第6章主要講解VHDL硬件描述語言的數據結構和語法規則，通過設計比較器、加法器、編碼器、計數器和寄存器等電路，學習數字系統的設計方法和步驟，熟悉掌握QuartusⅡ軟件的使用方法，讀者能夠學會設計文件的編輯、編譯、波形仿真和編程下載的全部過程，能夠認識和分析簡單的VHDL程序。
第7章可作為綜合實訓，由鍵控數碼顯示電路、節日彩燈控制器、籃球比賽計時器、智力競賽搶答器和電子密碼鎖組成，通過相對復雜的設計項目，從不同的層面展示各種設計思路和方法。使讀者具有初步設計能力，能夠編寫簡單的程序。
本書由黑龍江農業工程職業學院于潤偉主編，黑龍江農業工程職業學院朱曉慧、張曉峰，北京信息職業技術學院黃一平參與編寫，全書統稿工作由于潤偉完成。
由于編者水平有限，對一些問題的理解和處理難免有不當之處，衷心希望使用本書的讀者批評指正。
編者
出版說明
前言
第1章 認識EDA技術
1．1數字系統
1．1．1數字系統的組成
1．1．2數字系統設計方法
1．1．3數字系統設計流程
1．2EDA技術
1．2．1EDA技術的發展歷史
1．2．2EDA技術的特點
1．3EDA技術的主要內容
1．3．1硬件描述語言
1．3．2可編程邏輯器件
1．3．3：EDA軟件
1．4EDA技術的發展趨勢
1．4．1可編程邏輯器件的發展趨勢
1．4．2開發工具的發展趨勢
1．4．3系統描述方式的發展趨勢
1．5習題
第2章 數字電路基礎
2．1邏輯門電路和觸發器
2．1．1邏輯門電路
2．1．2觸發器
2．2邏輯代數
2．2．1邏輯代數的基本公式與定律
2．2．2邏輯代數的化簡方法
2．3邏輯電路的分析與設計
2．3．1組合邏輯電路的分析
2．3．2時序邏輯電路的分析
2．3．3組合邏輯電路的設計
2．4實訓
2．4．1樓梯照明電路的設計
2．4．2三人表決器的設計
2．5習題
第3章 可編程邏輯器件
3．1概述
3．1．1PLD的特點和分類
3．1．2PLD的編程工藝
3．1．3PLD中陣列的表示方法
3．1．4簡單可編程邏輯器件
3．2Altera公司的可編程邏輯器件
3．2．1Altera公司的CPLD
3．2．2Altera公司的F'PGA
3．2．3CPLD與FPGA的選用
3．3實訓GW48一PK：2教學實驗平臺認識
3．4習題
第4章 QuartusⅡ開發軟件
4．1軟件的獲得與授權
4．1．1軟件的獲得
4．1．2軟件的授權
4．2設計向導
4．2．1項目建立
4．2．2編輯文件
4．2．3編譯和仿真
4．2．4器件編程
4．3數據比較器的設計
4．3．1同比較器
4．3．2大小比較器
4．4加法器的設計
4．4．1半加器
4．4．2全加器
4．4．3四位加／減法器
4．5實訓
4．5．1四位數據同比較器的設計
4．5．2應用QuartusⅡ1分析VHDL程序
4．6習題
第5章 VHDL語言的并行語句
5．1VHDL程序的結構
5．1．1庫和程序包
5．1．2VHDL的實體
5．1．3VHDL的結構體
5．2VHDL的數據結構
5．2．1標識符
5．2．2數據對象
5．2．3數據類型
5．2．4數據類型間的轉換
5．2．5VHDL的表達式
5．3并行語句
5．3．1信號賦值語句
5．3．2塊語句
5．3．3進程語句
5．3．4元件例化語句
5．3．5生成語句
5．4編碼器的設計
5．4．18—3普通編碼器的設計
5．4．28421一BCD優先編碼器
5．5實訓
5．5．13—8線譯碼器的設計
5．5．2全減器的設計
5．6習題
第6章 VHDL言的順序語句
6．1VHDL程序的開發流程
6．1．1vHDL語言的特點
6．1．2VHDL的開發流程
6．2VHDL的順序語句
6．2．1IF語句
6．2．2CASE語句
6．2．3子程序
6．2．4LOOP語句
6．3計數器的設計
6．3．1基本二進制遞增計數器
6．3．2同步清零可逆計數器
6．3．3異步清零可逆計數器
6．4寄存器的設計
6．4．1基本寄存器
6．4．2循環移位寄存器
6．4．3雙向移位寄存器
6．5實訓
6．5．1邊沿JK觸發器的設計
6．5．2交通燈控制器的設計
6．6習題
第7章 數字系統設計綜合實訓
7．1鍵控數碼顯示電路
7．1．1靜態顯示
7．1．2動態顯示
7．2節日彩燈控制器
7．2．1項目說明
7．2．2設計方案
7．2．3項目實現
7．2．4功能擴展與項目評價
7．3籃球比賽計時器
7．3．1項目說明
7．3．2設計方案
7．3．3項目實現
7．3．4功能擴展與項目評價
7．4智力競賽搶答器
7．4．1項目說明
7．4．2設計方案
7．4．3項目實現
7．4．4功能擴展與項目評價
7．5電子密碼鎖
7．5．1項目說明
7．5．2設計方案
7．5．3項目實現
7．5．4功能擴展與項目評價
7．6習題
部分習題答案
參考文獻
1．2．1EDA技術的發展歷史
正因為EDA技術豐富的內容以及與電子技術各學科領域的相關性，其發展歷史同大規模集成電路設計技術、計算機輔助工程、可編程邏輯器件以及電子設計技術和工藝的發展是同步的。電子技術的發展過程，可大致將EDA技術的發展歷史分為以下4個階段：
1)計算機輔助設計(CAD)：20世紀70年代，在集成電路制作方面，可編程邏輯技術及其器件已經問世，計算機作為一種運算工具已在科研領域得到廣泛應用。到了20世紀70年代后期，CAD的概念已見雛形，人們開始將產品設計過程中具有高度重復性的工作(例如畫圖布線等工作)，用圖形處理CAD軟件工具代替，其中具有代表性的工具是澳大利亞ProtelTechnology公司開發的Tango布線軟件。但由于布線畫圖軟件受到當時計算機工作平臺的限制，其性能一般，支持的工程也有限。這一階段是EDA技術發展的初期。
2)計算機輔助工程設計(CAED)：20世紀80年代，集成電路設計進人了CM0S(互補場效應管)時代，復雜可編程邏輯器件已進入商業應用，相應的輔助設計軟件也已投入使用。在20世紀80年代末，出現了具有自動綜合能力的CAED工具，在印制電路板設計方面的邏輯圖輸人、自動布局布線和印制電路板分析以及在數字系統設計方面的邏輯設計、邏輯仿真、邏輯方程綜合和化簡等，都擔任了重要的角色。特別是各種硬件描述語言的出現，為電子設計自動化解決了電路建模、標準文檔及仿真測試等問題。但是，CAED階段的軟件工具是從邏輯圖出發，設計數字系統必須提供具體的元件圖形，制約了優化設計，難以適應復雜的數字系統設計。
3)電子設計自動化(EDA)：20世紀90年代，集成電路設計工藝步入了超深亞微米階段，集成百萬個邏輯門以上的大規模可編程邏輯器件的陸續面世，以及基于計算機技術的面向用戶、低成本、大規模ASIC(專用集成電路)設計技術的應用，促進了EDA技術的形成。各大電子器件公司對于兼容各種硬件實現方案和支持標準硬件描述語言的EDA工具軟件的研究，有效地將EDA技術推向成熟。這個階段發展起來的EDA工具，目的是在設計前期將設計師從事的許多高層次設計工作由軟件工具完成，可以將用戶的要求轉換為設計技術規范，能夠有效地解決可用的設計資源與理想設計目標之間的矛盾，按具體的硬件、軟件和算法分解設計等。
4)可編程片上系統(SOPC)的開發：進入21世紀后，EDA工具是以系統級設計為核心，包括系統行為級描述與結構綜合、系統仿真與測試驗證、系統劃分與指標分配、系統決策與文件生成等一整套的電子系統設計自動化工具。這時的EDA工具不僅具有電子系統設計能力，還能提供獨立于工藝和廠家的系統級設計能力，具有高級抽象的設計構思手段。隨著達數百萬門高密度的可編程邏輯器件的出現，系統沒計者能夠將整個數字系統實現在一個可編程芯片上，即SOPC。
1．2．2EDA技術的特點
傳統的數字電子系統或集成電路設計中，手工設計占了較大的比例，復雜電路的設計和調試工作十分困難。對于集成電路設計而言，設計實現過程與具體生產工藝直接相關，因此可移植性很差。而且，只有在設計出樣機或生產出芯片后才能進行實測。另外，如果某一過程存在錯誤，查找和修改就十分不便。
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