內容簡介
本書以Xilinx公司的Vivado FPGA設計套件為基礎，以Xilinx大學計畫（Xilinx University Program，XUP）的Artix-7板卡為硬體平台，將數字邏輯設計與硬體描述語言Verilog HDL相結合，循序漸進地介紹了基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗的基本過程和方法。本書主要內容包括硬體開發平台介紹、軟體平台介紹、FPGA設計實例、組合邏輯電路實驗、時序邏輯電路實驗、數字邏輯設計和接口實驗及數字邏輯綜合實驗。書中包含大量的設計實例，內容翔實、系統、全面。
目錄
第1章 硬體開發平台介紹 1
1.1 Xilinx FPGA器件 1
1.1.1 Xilinx公司簡介 1
1.1.2 Xilinx的FPGA器件系列 2
1.2 Xilinx大學計畫板卡 5
1.3 主電路及外圍接口電路 6
1.4 XUP板卡測試 21
第2章 軟體平台介紹 23
2.1 Vivado設計套件 23
2.1.1 Vivado軟體安裝流程 24
2.1.2 IP封裝器、集成器和目錄 28
2.1.3 標準化XDC約束檔案 29
2.1.4 工程命令語言 29
2.1.5 Vivado設計套件的啟動方法 30
2.1.6 Vivado設計套件的界面 31
2.2 FPGA設計流程 37
2.2.1 Vivado套件的設計流程 37
2.2.2 設計綜合流程 39
2.2.3 設計實現流程 42
2.3 硬體描述語言 45
2.3.1 VHDL簡介 46
2.3.2 Verilog HDL簡介 49
第3章 FPGA設計實例 56
3.1 基於原理圖的設計實例 56
3.1.1 簡易數字鐘實驗原理 56
3.1.2 實驗流程 57
3.2 基於Verilog HDL的設計實例 80
3.2.1 設計要求 80
3.2.2 實驗操作步驟 81
3.3 74系列IP封裝設計實例 91
3.3.1 IP核分類 91
3.3.2 IP封裝實驗流程 92
3.3.3 調用封裝後的IP 100
第4章 組合邏輯電路實驗 104
4.1 邏輯門電路 104
4.1.1 基本及常用的邏輯門 104
4.1.2 與非門電路的簡單套用 110
4.2 多路選擇器 112
4.2.1 2選1多路選擇器 113
4.2.2 4選1多路選擇器 114
4.2.3 4位2選1多路選擇器 117
4.2.4 74LS253的IP核設計及套用 119
4.2.5 74LS151的IP核設計 122
4.3 比較器 123
4.3.1 4位比較器 124
4.3.2 74LS85的IP核設計及套用 127
4.3.3 利用數據選擇器74LS151設計2位比較器 130
4.4 解碼器 131
4.4.1 3線-8線解碼器 131
4.4.2 74LS138的IP核設計及套用 133
4.4.3 數碼管顯示 135
4.5 編碼器 142
4.5.1 二進制普通編碼器 142
4.5.2 二進制優先編碼器 144
4.5.3 74LS148的IP核設計 145
4.6 編碼轉換器 147
4.6.1 二進制-BCD碼轉換器 147
4.6.2 格雷碼轉換器 151
4.7 加法器 152
4.7.1 半加器 152
4.7.2 全加器 153
4.7.3 4位加法器 153
4.8 減法器 157
4.8.1 半減器 157
4.8.2 全減器 157
4.9 乘法器 159
4.10 除法器 163
第5章 時序邏輯電路實驗 169
5.1 鎖存器和觸發器 169
5.1.1 鎖存器 169
5.1.2 觸發器 170
5.1.3 74LS74的IP核設計及套用 176
5.2 暫存器 178
5.2.1 基本暫存器 178
5.2.2 移位暫存器 182
5.2.3 74LS194的IP核設計及套用 189
5.3 計數器 191
5.3.1 二進制計數器 192
5.3.2 N進制計數器 195
5.3.3 任意波形的實現 201
5.3.4 74LS161的IP核設計及套用 202
5.4 脈衝寬度調製 208
5.5 時序邏輯電路綜合設計 210
第6章 數字邏輯設計和接口實驗 221
6.1 有限狀態機 221
6.1.1 Moore狀態機和Mealy狀態機 221
6.1.2 有限狀態機設計例程 221
6.2 最大公約數 234
6.2.1 GCD算法 235
6.2.2 改進的GCD算法 243
6.3 整數平方根 247
6.3.1 整數平方根算法 248
6.3.2 改進的整數平方根算法 255
6.4 存儲器 259
6.4.1 唯讀存儲器（ROM） 259
6.4.2 分散式的存儲器 262
6.4.3 塊存儲器 266
6.5 VGA控制器 269
6.5.1 VGA的時序 271
6.5.2 VGA控制器實例 272
6.6 鍵盤和滑鼠接口 292
6.6.1 鍵盤 293
6.6.2 滑鼠 297
第 章 數字邏輯綜合實驗 306
7.1 數字鐘 306
7.2 數字頻率計 310
7.3 電梯控制器 314
7.4 波形發生電路 320
7.5 超音波測距儀 332
7.6 手機電池保護板 337
附錄A Basys3電路圖 349
附錄B 引腳約束 356
