VerilogHDL与CPLD

适读人群 ：高职高专电子信息、计算机、微电子、自动控制等相关专业学生，工程技术人员

配套资源：电子课件、习题答案

本书特色：

★ 本书是《Verilog HDL与CPLD/FPGA项目开发教程》（书号ISBN 978-7-111-31365-6）的改版。

★ 特色之一：教材内容以“项目为载体，任务为驱动”的方式进行组织。与本教材的此特色相比，《Verilog FPGA芯片设计》教程对芯片设计讲解时没有与具体案例相结合,《EDA实验与实践》教程内容涉及面较广，知识点较深，不适合高职院校学生选用。

★ 特色之二：教材的项目选取源自企业化的教学项目，教材体现充分与企业合作开发的特色。与本教材的此特色相比，《FPGA系统设计与实践》教程实践案例体现不出与企业的融合。

★ 特色之三：教材知识点的学习不再将理论与实践分开，而是将知识点融入到每个项目的每个任务中。此特色是大部分同类教材所不具备的。

★ 特色之四：教材遵循“有易到难、有简单到综合”的学习规律。

　　本书以Altera公司的MAXII系列EPM1270T144C5N为蓝本阐述了基于CPLD/FPGA的数字系统设计方法，重点放在工程实践能力和VerilogHDL硬件描述语言的编程开发能力方面，在教材的内容选取、编写和组织等方面都与传统的教材有着较大的区别，本书按照基于工作过程的以“项目”为载体的教学模式的思路进行编写，“项目”的选取以直观、生动、有趣、实用为原则，并遵循有易到难、有简单到综合的学习规律。共分4章，第1章主要介绍CPLD/FPGA系统开发的基础知识，第2章介绍VerilogHDL硬件描述语言编程基础，第3章是以12个单元项目为载体来介绍组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计和数字系统设计（如键盘、数码管、液晶、点阵屏、音乐、串行通信等外围接口的驱动）；第4章以电子时钟、交通信号灯2个综合项目为载体，介绍用VerilogHDL硬件描述语言进行综合项目开发的一般方法和流程，第5章以“多功能教室显控系统的设计”项目作为课程设计，介绍用VerilogHDL硬件描述语言进行一个完整的项目设计的方法，注重软件编程与硬件实现相结合，在项目开发实践过程中去理解和体会可综合、不可综合、并行设计的概念，从而在实践中锻炼编程、调试能力，培养良好的编程风格和创新能力。附录中给出了数字系统设计中的常见问题解析。本书可作为高等院校电子工程、计算机、微电子、自动控制等相关专业EDA课程的教材，也可作为EDA初学者或工程技术人员的参考资料。

前言
第1章 CPLD/FPGA项目开发入门 1
1.1 CPLD/FPGA开发系统概述 1
1.1.1 PLD的发展历程及发展趋势 1
1.1.2 CPLD/FPGA概述 3
1.1.3 CPLD/FPGA的结构与原理 4
1.2 CPLD/FPGA器件识别 10
1.2.1 CPLD/FPGA产品概况 10
1.2.2 MAX系列产品的基本功能及
编程方式 14
1.3 CCIT CPLD/FPGA实验仪使用 16
1.3.1 实验仪结构设计 17
1.3.2 熟悉实验仪的元器件 17
1.3.3 解析主控芯片EPM1270T144C5 18
1.3.4 了解实验仪的外围接口及其
引脚对应关系 19
1.3.5 设计实验仪原理图 21
1.3.6 USB-Blaster下载口 21
1.4 Quartus II开发环境安装 27
1.4.1 Quartus II 软件功能简介 27
1.4.2 Quartus II软件安装 28
1.4.3 USB-Blaster 下载电缆安装 29
1.5 Quartus II软件开发环境的应用 33
1.5.1 简单的三人表决器功能描述 34
1.5.2 文本方式输入 35
1.5.3 原理图方式输入 43
1.6 技能实训 47
第2章 Verilog HDL
（硬件描述语言） 50
2.1 Verilog HDL基础知识 50
2.1.1 Verilog HDL的基本结构 50
2.1.2 Verilog HDL的数据类型 54
2.1.3 Verilog HDL的运算符及表达式 56
2.1.4 Verilog HDL的基本语句 58
2.2 Verilog HDL实例设计 64
2.2.1 闪烁灯设计 65
2.2.2 流水灯设计 68
2.3 技能实训 72
2.3.1 闪烁灯实训设计 72
2.3.2 流水灯实训设计 74
第3章 基于CPLD/FPGA的单元
项目开发 78
3.1 项目1 设计基本逻辑门电路 78
3.2 项目2 设计译码器 81
3.2.1 任务1 设计3-8译码器 82
3.2.2 任务2 设计八段LED数码管
译码电路 85
3.2.3 技能实训 88
3.3 项目3 编码器和数据选择器
设计 91
3.3.1 任务1 设计8-3优先编码器 92
3.3.2 技能实训 94
3.3.3 任务2 设计4-1数据选择器 98
3.3.4 技能实训 100
3.4 项目4 触发器设计 102
3.4.1 任务1 触发器概述 103
3.4.2 任务2 识别基本触发器 103
3.4.3 任务3 识别触发器的逻辑
功能 104
3.4.4 任务4 设计时钟触发器 105
3.4.5 任务5 设计直接置位复位
触发器 105
3.4.6 任务6 转换不同逻辑功能的
触发器 106
3.4.7 技能实训 107
3.5 项目5 全加器设计 110
3.5.1 任务1 设计一位全加器 110
3.5.2 任务2 设计串行进位加法器 111
3.5.3 任务3 设计先行进位加法器 112
3.5.4 任务4 设计加减法器 115
3.5.5 技能实训 116
3.6 项目6 计数器设计 118
3.6.1 任务1 设计二进制计数器 119
3.6.2 任务2 设计七进制计数器 121
3.6.3 任务3 采用异步置数和同步
清零的方法设计七进制计数器 121
3.6.4 技能实训 123
*3.7 项目7 乘法器设计 126
3.7.1 任务1 利用被乘数左移法设计
无符号乘法器 127
3.7.2 任务2 利用部分积右移法设计
无符号乘法器 130
3.7.3 任务3 设计带符号乘法器 131
3.8 项目8 键盘LED发光二极管
应用设计 132
3.8.1 任务1 键盘LED发光二极管
应用之一 132
3.8.2 任务2 键盘LED发光二极管
应用之二 137
3.8.3 任务3 键盘去抖动设计 138
3.8.4 技能实训 140
3.9 项目9 静态、动态LED发光
二极管显示 143
3.9.1 任务1 静态数码管的显示
设计 144
3.9.2 任务2 动态数码管的显示
设计 147
3.9.3 技能实训 150
3.10 项目10 点阵LED显示屏及
其汉字显示 153
3.10.1 任务1 点阵LED显示屏
测试 153
3.10.2 任务2 汉字显示 157
3.10.3 技能实训 160
3.11 项目11 蜂鸣器应用设计 163
3.11.1 任务1 发出报警声 164
3.11.2 任务2 设计简易数字电子琴 166
3.11.3 任务3 设计“梁祝”音乐
片段 168
3.11.4 技能实训 171
3.12 项目12 LCD液晶显示系统
设计 177
3.12.1 任务1 了解液晶显示的基础
知识 178
3.12.2 任务2 液晶屏滚动显示
“www.ccit.js.cn”字符 184
3.12.3 技能实训 191
3.13 项目13 UART异步串行
通信设计 197
3.13.1 任务1 串行通信基础知识 198
3.13.2 任务2 串行发送模块设计 201
3.13.3 任务3 串行接收模块设计 205
3.13.4 课后思考 208
第4章 基于CPLD/FPGA的综合项目
开发 209
4.1 项目1 基于Verilog HDL的数字
时钟设计与实现 209
4.1.1 任务1 任务提出及设计分析 209
4.1.2 任务2 分频模块设计 212
4.1.3 任务3 校时模块设计 213
4.1.4 任务4 计时处理模块设计 214
4.1.5 任务5 报时模块设计 215
4.1.6 任务6 显示模块设计 218
4.1.7 任务7 顶层模块设计 220
4.1.8 任务8 下载调试运行 221
4.1.9 技能实训 222
4.2 项目2 基于Verilog HDL的交通
信号灯模拟控制设计 228
4.2.1 任务1 任务提出及设计分析 228
4.2.2 任务2 初始化模块设计 231
4.2.3 任务3 分频模块设计 231
4.2.4 任务4 控制A方向4盏灯亮灭
模块设计 232
4.2.5 任务5 控制B方向4盏灯亮灭
模块设计 233
4.2.6 任务6 A、B方向各种灯剩余
时间的显示模块设计 234
4.2.7 任务7 顶层文件设计 236
4.2.8 任务8 下载调试运行 237
4.3 项目3 基于Verilog HDL的四路
数字式竞赛抢答器设计 237
4.3.1 任务1 任务提出及设计分析 238
4.3.2 任务2 信号锁存电路设计 239
4.3.3 任务3 计分电路设计 240
4.3.4 任务4 数码管显示电路设计 243
4.3.5 任务5 顶层文件设计 244
4.3.6 任务6 下载调试运行 245
4.3.7 课后思考 246
附录 247
附录A Verilog HDL关键字 247
附录B Quartus II支持的Verilog
HDL数据类型和语句 247
附录C 基于Verilog HDL的
CPLD/FPGA设计常见
问题解析 248
参考文献 258

　　复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logical Device，CPLD）/现场可编程门阵列（Field Programmable Gates Array，FPGA）开发技术是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术和智能化技术等最新成果而开发的高新技术，是现代电子系统设计和制造不可缺少的技术，它涉及面甚广，包含描述语言、软件、硬件等多方面知识。特别是它的理论性强，学好它对高职高专学生有较大的困难。因此，本书在知识选取和结构设计上，以“理论够用、技能实用、重在运用”为指导原则，削减纯理论的知识，增加有趣的实训，激发他们的学习兴趣，以学习技术为主，培养实践动手能力较强的技术应用型人才。
　　因此编者将本书的重点放在工程实践能力和Verilog HDL硬件描述语言的编程开发能力方面，按照基于工作过程的以“项目”为载体的教学模式的思路进行编写，“项目”的选取以具有直观、生动、有趣、实用为原则，并遵循由易到难、由简单到综合的学习规律。本书共分为4章，第1章主要介绍了CPLD/FPGA项目开发入门；第2章主要介绍了Verilog HDL硬件描述语言；第3章是以13个项目为载体来介绍组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计和数字系统设计；第4章以数字时钟、交通信号灯、数字式竞赛抢答器3个综合项目为载体，介绍用Verilog HDL硬件描述语言进行综合项目开发的一般步骤，使读者通过综合项目的设计实践，培养良好的编程习惯，锻炼其编程能力、调试能力和创新能力。
　　本书融理论和实践于一体，实现“学中练、练中学”。本书配套教学内容，由课程团队教师研发具有自主知识产权的CCIT CPLD/FPGA实验仪。如果用户想买CCIT CPLD/FPGA实验仪，可以通过出版社和编者联系。
　　本书可作为高职高专电子类和计算机类专业的专业课教材，也可作为微电子、自动控制等相关专业EDA课程教材，教学学时数建议为90学时。
　　本书由常州信息职业技术学院聂章龙负责编制提纲和统稿工作，由聂章龙和张静主编，由常州信息职业技术学院王璐、瞿新南、吕勇和陶洪参编，全书由苏州中扩信息开发有限公司王群主审。
　　苏州大学王宜怀教授和常州信息职业技术学院眭碧霞教授均为本书的撰写提出了宝贵的建议，在此一并表示诚挚的谢意。
　　由于编者水平有限、CPLD/FPGA技术发展迅速，书中难免存在错误或不妥之处，恳请广大读者提出宝贵意见和建议，以便再版时改进。
　　编 者