入门FPGA数字电路设计的奇妙之旅

从实践角度理解数字逻辑的原理，同时增加了硬件描述语言、FPGA以及EDA工具的使用内容，并辅以大量设计案例和设计技巧，使读者了解行业内主流的数字电路设计技能，因此实践性强是本书最大的特色。

 

本书分十大章节，分别是数字逻辑基础、逻辑门电路、verilog HDL和FPGA、组合逻辑及电路实现、时序逻辑及电路实现、脉冲发生电路、有限状态机、存储器、ADC和DAC、综合实例。在精炼数字电路知识点的同时，加入了大量案例，包括74系列芯片和FPGA的应用电路。同时对硬件描述语言和FPGA做了介绍，并辅以大量案例，以帮助读者掌握数字系统设计技能。基础理论加习题练习是大部分传统数电书籍的基本结构，本书没有使用大量篇幅去介绍数字电路基础理论，而是将知识点精炼之后通过大量应用案例使读者学以致用，从实践角度理解数字逻辑的原理，同时增加了硬件描述语言、FPGA以及EDA工具的使用内容，并辅以大量设计案例和设计技巧，使读者了解行业内主流的数字电路设计技能，因此实践性强是本书最大的特色。

陈强，控制工程硕士，毕业于青岛科技大学，资深硬件工程师，开源硬件爱好者。有多年数字电路、电工电子技术等课程授课经验，同时在嵌入式软硬件开发、FPGA与数字系统设计、嵌入式AI与边缘计算等领域有丰富的工程经验。作品《PCB设计流程、规范和技巧-用kicad设计DDS信号发生器》

 

目录

第1章数字逻辑基础知识

1.1数字逻辑的信息表征

1.1.1数字信号与数字系统

1.1.2数制与码制

1.1.3数字信息的存储

1.2数字逻辑的表示

1.2.1逻辑运算及逻辑表达方式

1.2.2不同逻辑表达方式之间的转换

1.3逻辑代数的定律和规则

1.3.1逻辑代数的基本定律

1.3.2逻辑代数的基本规则

1.4逻辑函数的表达形式与逻辑化简

1.4.1最小项表达式

1.4.2公式法逻辑化简

1.4.3卡诺图法逻辑化简

第2章Verilog HDL描述逻辑电路

2.1Verilog HDL基础

2.1.1Verilog HDL的设计风格

2.1.2Verilog HDL的基本语法

2.2Verilog HDL的逻辑电路描述方法

2.2.1门级建模及门级原语

2.2.2数据流建模及连续赋值语句

2.2.3行为级建模及过程赋值语句

第3章FPGA开发流程

3.1FPGA的概念

3.1.1FPGA是什么

3.1.2FPGA的特点

3.1.3FPGA的内部结构

3.1.4FPGA是如何工作的

3.2FPGA的开发流程与工具

3.2.1FPGA的开发流程

3.2.2FPGA开发工具

3.3FPGA开发流程示例

3.3.1Lattice Diamond开发FPGA实例(以STEP MXO2
开发板为例)

3.3.2Intel Quartus Prime开发FPGA实例(以STEP MAX10
开发板为例)

3.3.3小脚丫FPGA(STEP FPGA)线上开发平台

第4章FPGA组合逻辑电路设计

4.1三人表决器

4.1.1组合逻辑电路的设计方法

4.1.2实验任务

4.1.3实验原理

4.1.4电路搭建及验证

4.1.5Verilog描述及FPGA实现

4.1.6实验总结

4.2实现加法器

4.2.1实验任务

4.2.2实验原理

4.2.3代码设计

4.2.4FPGA实验

4.3实现24译码器

4.3.1实验任务

4.3.2实验原理

4.3.3代码设计

4.3.4FPGA实验

4.3.5课后练习

4.4实现38译码器

4.4.1实验任务

4.4.2实验原理

4.4.3代码设计

4.4.4FPGA实验

4.4.5拓展任务

4.5控制7段数码管

4.5.1实验任务

4.5.2实验原理

4.5.3代码设计

4.5.4FPGA实验

4.5.5拓展任务

第5章FPGA时序逻辑电路设计

5.1时序逻辑电路的描述方法

5.1.1时序逻辑与Verilog HDL描述

5.1.2阻塞赋值和非阻塞赋值

5.2实现RS触发器

5.2.1实验任务

5.2.2实验原理

5.2.3FPGA实验

5.3实现D触发器

5.3.1实验任务

5.3.2实验原理

5.3.3FPGA实验

5.4实现JK触发器

5.4.1实验任务

5.4.2实验原理

5.4.3FPGA实验

5.5生成计数器

5.5.1实验任务

5.5.2实验原理

5.5.3FPGA实验

5.6任意整数分频电路

5.6.1实验任务

5.6.2实验原理

5.6.3代码设计

5.6.4FPGA实验

5.7机械按键的消抖

5.7.1实验任务

5.7.2实验原理

5.7.3代码设计

5.7.4FPGA实验

第6章状态机逻辑电路设计

6.1有限状态机

6.1.1状态机的概念

6.1.2状态编码

6.1.3状态机的结构

6.1.4状态机的Verilog实现

6.2利用状态机实现流水灯

6.2.1实验任务

6.2.2实验原理

6.2.3代码设计

6.2.4FPGA实验

6.3简易交通信号灯设计 

6.3.1实验任务

6.3.2实验原理

6.3.3代码设计

6.3.4FPGA实验

第7章模数转换项目

7.1模数转换器与数模转换器

7.1.1模数转换器

7.1.2数模转换器

7.1.3选择ADC和DAC芯片

7.2FPGA驱动ADC(I2C接口)实例

7.2.1ADC芯片PCF8591

7.2.2PCF8591的I2C通信

7.2.3PCF8591的数据传输

7.2.4硬件实现

7.3FPGA驱动DAC(SPI接口)实例

7.3.1DAC芯片DAC081S101

7.3.2DAC081S101的串行通信

7.3.3DAC081S101的数据传输

7.3.4硬件实现

7.4通过高速比较器和FPGA逻辑实现Sigma Delta ADC

7.4.1Sigma Delta ADC实现原理

7.4.2简易Sigma Delta ADC方案

7.4.3FPGA内部模块实现

第8章综合项目

8.1十字路口交通信号灯控制系统

8.1.1项目背景

8.1.2车辆和行人检测

8.1.3路灯控制

8.1.4交通信号灯控制系统的状态机

8.1.5其他功能

8.1.6项目总结

8.2电梯控制系统

8.2.1项目概述

8.2.2总体方案

8.2.3开关防抖设计

8.2.4超声波传感器位置检测

8.2.5二进制转BCD码

8.2.6控制电机旋转

8.2.7设计状态机

8.2.8最终实施

8.2.9项目总结

8.3自制数字密码锁储物柜

8.3.1硬件总体结构设计

8.3.2矩阵键盘输入模块

8.3.3密码验证模块

8.3.4舵机控制模块

8.3.5驱动模块

8.3.6系统设计与实现

8.4简易电子琴

8.4.1项目概述

8.4.2简易电子琴硬件设计

8.4.3直接数字合成技术

8.4.4用DDS产生正弦波

8.4.5Top模块设计

8.4.6项目总结

8.5更复杂的电子钢琴

8.5.1项目概述

8.5.2字符串函数

8.5.3Deltasigma调制

8.5.4使用除法调整幅度

8.5.5谐波生成

8.5.6顶层数字系统设计

8.5.7项目总结

8.6串行通信

8.6.1项目概述

8.6.2并行与串行通信

8.6.3实现一个UART发送器

8.6.4旋转编码器

8.6.5UART通信机制

8.6.6将编码器数据发送给计算机

8.6.7项目总结