本書從數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)用的角度出發(fā)，重點(diǎn)介紹數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐相關(guān)知識。從基于中小規(guī)模集成電路和基于可編程邏輯器件兩個方面，選取難度適中的課程設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，給出設(shè)計(jì)方案，重在提高學(xué)生的自主電子設(shè)計(jì)能力，啟發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。本書主要內(nèi)容包括：數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述，常用電子元器件、電路板簡介與選擇、焊接與調(diào)試技術(shù)；基本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目；EDA工具簡介；Verilog HDL語言；基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)等，配套電子課件、設(shè)計(jì)指導(dǎo)參考方案等。
前 言
電子信息類專業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，學(xué)生不僅需要理論知識扎實(shí)，還應(yīng)具備很強(qiáng)的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新意識，因此需要進(jìn)行大量的實(shí)踐訓(xùn)練。
本書主要針對電子信息類專業(yè)知識的初學(xué)者，已經(jīng)完成電路原理、數(shù)字電路等基礎(chǔ)課程后，所進(jìn)行的數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)而撰寫。考慮到學(xué)生知識面尚有限，所以設(shè)計(jì)項(xiàng)目的解決不涉及單片機(jī)、數(shù)字信號處理等知識即可完成。
隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，各個高校紛紛將其作為學(xué)習(xí)數(shù)字電路知識的有力工具，引入到數(shù)字電路的教學(xué)之中。結(jié)合EDA技術(shù)、數(shù)字電路知識以及可編程邏輯器件（FPGA、CPLD等），可以設(shè)計(jì)出更豐富、更復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新精神和想象力。因此，本書也有專門的章節(jié)介紹相關(guān)的EDA知識，給出實(shí)例說明如何應(yīng)用EDA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
本書從實(shí)用角度出發(fā)，將內(nèi)容分為3部分，共6章。第一部分由第1章和第2章構(gòu)成，是進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的知識和技能準(zhǔn)備，主要介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫、基本元器件、電路板的選擇與制作、焊接技術(shù)等基礎(chǔ)知識。第二部分由第3章構(gòu)成，主要基于傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了5個詳細(xì)的數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)例，使學(xué)生能夠進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固數(shù)字電路基本知識。第三部分為第4章~第6章，主要基于EDA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第4章介紹EDA的常用工具，包括EDA軟件QuartusII以及仿真工具M(jìn)odelSim的使用。第5章介紹Verilog HDL語言。第6章給出了一些基于FPGA數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)例，具有一定的實(shí)用性和代表性。第6章和第3章有相似的設(shè)計(jì)題目，提供兩種不同的設(shè)計(jì)思路，供讀者對比和參考。
另外在附錄中，我們給出了FPGA設(shè)計(jì)平臺的相關(guān)資料介紹。
本書給出的基本數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，覆蓋數(shù)字電路中組合邏輯電路、時序邏輯電路、觸發(fā)器、算術(shù)電路等重要知識點(diǎn)；本書給出的基于可編程邏輯器件的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，只給出最基本的解決方案，給讀者以擴(kuò)展和發(fā)揮的空間。
本書的第1～3章由牛小燕編寫，第4～6章由李蕓編寫，全書由牛小燕統(tǒng)稿。在本書的編寫過程中，還得到盛慶華老師的幫助和支持，在此一并表示感謝。書中引用了許多學(xué)者的觀點(diǎn)和成果，有些由于難以查明文獻(xiàn)來源而未注明，在此一并致以敬意。
由于電子技術(shù)發(fā)展迅速，加之編者水平有限，難免有疏漏或錯誤之處，真誠希望廣大讀者提出批評和建議（E-mail：niuxiaoyan@hdu.edu.cn）。
作者
第1章 數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)概述 1
1．1 課程的目的與要求 1
1．2 設(shè)計(jì)方法與步驟 1
1．2．1 設(shè)計(jì)方法 1
1．2．2 數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)的一般步驟 2
1．3 課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫 3
第2章 課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識 5
2．1 常用電子電路元器件介紹 5
2．1．1 集成電路 5
2．1．2 開關(guān) 7
2．1．3 顯示元件 9
2．1．4 電阻 11
2．1．5 電容 12
2．1．6 二極管 13
2．1．7 三極管 14
2．2 電路板的選擇與制作 15
2．2．1 常用電路板 15
2．2．2 印刷電路板的設(shè)計(jì)與制作 17
2．3 焊接技術(shù) 25
2．3．1 焊接工具和材料 25
2．3．2 焊接技術(shù) 26
第3章 數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)基本項(xiàng)目 28
3．1 多功能數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì) 28
3．1．1 設(shè)計(jì)要求 28
3．1．2 總體設(shè)計(jì) 28
3．1．3 單元設(shè)計(jì) 29
3．1．4 調(diào)試要點(diǎn) 33
3．1．5 元器件清單 34
3．2 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34
3．2．1 設(shè)計(jì)要求 34
3．2．2 總體設(shè)計(jì) 35
3．2．3 單元設(shè)計(jì) 36
3．2．4 調(diào)試要點(diǎn) 39
3．2．5 元器件清單 39
3．3 電子密碼鎖的設(shè)計(jì) 40
3．3．1 設(shè)計(jì)要求 40
3．3．2 方案設(shè)計(jì) 40
3．3．3 單元設(shè)計(jì) 41
3．3．4 調(diào)試要點(diǎn) 42
3．3．5 元器件清單 43
3．4 智力搶答器的設(shè)計(jì) 43
3．4．1 設(shè)計(jì)要求 43
3．4．2 方案設(shè)計(jì) 43
3．4．3 單元設(shè)計(jì) 44
3．4．4 調(diào)試要點(diǎn) 47
3．4．5 元器件清單 47
3．5 兩位減法運(yùn)算電路的設(shè)計(jì) 48
3．5．1 技術(shù)要求 48
3．5．2 方案設(shè)計(jì) 48
3．5．3 單元設(shè)計(jì) 49
3．5．4 調(diào)試要點(diǎn) 50
3．5．5 元器件清單 51
3．6 其他課程設(shè)計(jì)題目參考 51
3．6．1 彩燈顯示控制器的設(shè)計(jì) 51
3．6．2 簡易公用電話計(jì)時系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 51
3．6．3 乒乓球游戲機(jī)的設(shè)計(jì) 52
3．6．4 病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 52
3．6．5 數(shù)字秒表的設(shè)計(jì) 52
3．6．6 籃球競賽24秒計(jì)時器的設(shè)計(jì) 52
3．6．7 簡易數(shù)字式電容測量儀 52
3．6．8 自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì) 53
3．6．9 簡易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 53
3．6．10 汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì) 53
3．6．11 拔河游戲機(jī)的設(shè)計(jì) 53
3．6．12 直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 54
3．6．13 多路防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 54
3．6．14 微波爐控制電路設(shè)計(jì) 54
3．6．15 洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 54
第4章 EDA工具介紹 55
4．1 QuartusII概述 55
4．2 Quartus II設(shè)計(jì) 56
4．2．1 Quartus II設(shè)計(jì)流程 56
4．2．2 Quartus II設(shè)計(jì)舉例 58
4．3 參數(shù)化模塊庫調(diào)用 67
4．4 層次化設(shè)計(jì)方法 72
4．5 嵌入式邏輯分析儀使用方法 73
4．6 在系統(tǒng)存儲器數(shù)據(jù)讀寫編輯器應(yīng)用 77
4．7 Modsim使用介紹 78
4．7．1 ModelSim概述 78
4．7．2 ModelSim設(shè)計(jì)實(shí)例 79
第5章 Verilog HDL語言 83
5．1 概述 83
5．2 Verilog HDL基本結(jié)構(gòu) 83
5．3 Verilog HDL的描述方式 86
5．4 Verilog HDL基本詞法 87
5．5 Verilog HDL數(shù)據(jù)對象 90
5．6 Verilog HDL基本語句 91
5．6．1 塊語句 91
5．6．2 賦值語句 93
5．6．3 條件語句 95
5．6．4 循環(huán)語句 98
5．7 Verilog HDL狀態(tài)機(jī)描述 100
5．7．1 狀態(tài)機(jī)的一般結(jié)構(gòu) 100
5．7．2 Moore型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì) 101
5．7．3 Mealy型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì) 102
第6章 基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 104
6．1 交通燈控制電路的設(shè)計(jì) 104
6．2 多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì) 110
6．3 樂曲演奏電路設(shè)計(jì) 114
6．4 VGA顯示控制器設(shè)計(jì) 120
6．5 DDS信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) 124
6．6 其他課程設(shè)計(jì)題目參考 126
6．6．1 數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì) 126
6．6．2 出租車計(jì)價器設(shè)計(jì) 127
6．6．3 高層電梯控制器設(shè)計(jì) 127
6．6．4 等精度數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) 127
6．6．5 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 128
6．6．6 通用異步收發(fā)器設(shè)計(jì) 128
6．6．7 直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 128
6．6．8 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 129
附錄A 常用74系列芯片功能 130
附錄B 常用4000系列芯片功能 134
附錄C KX_7C系列實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)使用說明 136
參考文獻(xiàn) 139
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