FPGA设计简明教程

本书让读者站在一个使用者的角度，跳过FPGA复杂架构，直接通过开发板操作的方式，以结果形象直观的方式，让读者轻松入门FPGA设计。

通过本书，读者可以掌握电子系统的一些常见硬件的基础知识，并掌握通过FPGA如何控制这些硬件，并向读者说明这些代码为什么要这样写。

本书以实际实验操作为切入点，将电子系统的这些硬件驱动，模拟为实际商业项目，通过模拟实际商业项目运作，从设计需求的分析出发。

现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）是一种以数字电路为核心的集成芯片，它属于可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）的范畴。FPGA凭借卓越的灵活性、可重构性以及在众多应用领域的广泛应用，在现代电子系统中日益
重要。
本书共8章，内容包括Verilog HDL基础语法、FPGA在驱动LED显示效果中的应用、PWM信号发生器的设计、蜂鸣器的驱动技术、七段数码管的显示技术、温度传感器数据的读取、串口调试系统的构建、LCD/OLED显示模组的驱动以及电压计的实现等实用技能。书中特别强调模块化设计方法和功能仿真在FPGA设计过程中的关键作用，并以小脚丫MAX10核心板为例，对所有程序进行验证。
本书内容充实且实用价值高，包含多种案例分析，既适合作为高等院校FPGA设计课程的教材，也适用于与集成电路和FPGA相关的培训课程。对FPGA领域的专业人士来说，本书也极具参考价值。

赵延宾：20年逻辑设计经验，15年FPGA设计、应用和支持经验，精通FPGA设计流程、FPGA架构及其应用。编写图书《Lattice FPGA/CPLD设计(基础篇)》《那些年，我们一起写过的逻辑 基于PGGA的MIPI设计实践》。

第1章 Verilog HDL语法简介　017
1.1 Verilog HDL中基本的模块结构　017
1.2 Verilog HDL基础语法　020
1.2.1 注释　020
1.2.2 变量和数据类型　020
1.2.3 进程和语句　021
1.2.4 赋值　021
1.2.5 预编译指令　022
1.3 Verilog-2005标准改进说明　023
1.3.1 端口声明“三合一”　023
1.3.2 敏感变量列表描述方式的改进　024
1.3.3 矢量位选择方式的改进　024
1.3.4 parameter声明和值传递方式的改进　025
1.3.5 generate语句的使用　026
1.3.6 矢量化方式例化模块　028
1.4 基础功能单元的Verilog HDL建模　028
1.4.1 同步器　029
1.4.2 沿检测器　030
1.4.3 扩展器　031
1.4.4 任意时钟域之间的沿同步器　033
1.4.5 序列检测器　035
1.4.6 去抖处理　039
1.5 小结　043
第2章 PWM控制LED灯效　045
2.1　LED概述　045
2.2　LED常见灯效说明　046
2.2.1 常亮、常灭　046
2.2.2 流水灯/跑马灯　046
2.2.3 闪烁　046
2.3 脉宽调制概述　047
2.4 LED灯效演示操作环境　049
2.4.1 硬件环境　049
2.4.2 软件开发环境　051
2.5 LED常亮　051
2.5.1 LED常亮工程　051
2.5.2 Quartus的操作　052
2.6 时钟源的选择和使用　054
2.6.1 MAX10内置振荡器的使用　055
2.6.2 实现流水灯效果　057
2.6.3 用板载高精度晶振作为时钟源　059
2.6.4 高手进阶：FPGA IP使用方法　061
2.7 LED高级灯效控制设计　062
2.7.1 LED闪烁效果的实现　062
2.7.2 LED亮度调节的实现　064
2.7.3 实现呼吸灯效果　067
2.7.4 高手进阶：模块化设计方法　069
2.8 PWM模块的应用　071
2.9 Quartus常见问题说明　073
2.9.1 【Pin Planner】窗口中没有列出端口信号　073
2.9.2 工程编译、分析不通过　074
2.10 小结　075
第3章 PWM控制蜂鸣器　077
3.1 声音和国际标准音高　077
3.2 蜂鸣器及其控制概述　079
3.3 蜂鸣器循环播放　081
3.3.1 节拍的控制　081
3.3.2 占空比的设置　081
3.3.3 设计框图说明　082
3.3.4 模块设计说明　082
3.4 高手进阶：模块的仿真　087
3.4.1 规格定义：设定仿真目标　088
3.4.2 仿真平台设计　090
3.4.3 仿真运行与结果检查　092
3.5 高手进阶：用状态机设计任意占空比的PWM信号产生模块　093
3.5.1 规格定义　093
3.5.2 方案设计　094
3.5.3 详细设计　096
3.5.4 模块功能仿真　098
3.6 小结　103
第4章 驱动七段数码管　105
4.1 数码管简介　105
4.2 字库　106
4.3 BCD码　107
4.3.1 二进制数转换为8421BCD码的算法说明　108
4.3.2 小数部分转换为8421BCD码　112
4.4 七段数码管驱动模块设计　113
4.4.1 字库模块设计　114
4.4.2 二进制数转换为8421BCD码的模块设计　115
4.4.3 子系统顶层模块设计　119
4.5 硬件系统验证　120
4.6 高手进阶：设计优化　122
4.7 小结　122
第5章 单总线温度传感器　123
5.1 单总线概述　123
5.2 温度传感器DS18B20概述　125
5.3 温度传感器DS18B20驱动设计　126
5.3.1 DS18B20操作流程说明　126
5.3.2 DS18B20操作流程层次化分解　130
5.3.3 DS18B20驱动子系统的层次化模块设计　132
5.4 数字温度计系统设计　152
5.4.1 双向管脚的建模　154
5.4.2 温度计的七段数码管驱动建模　156
5.4.3 数字温度计的系统验证　159
5.5 高手进阶　159
5.5.1 设计优化　159
5.5.2 用状态机实现物理层处理　160
5.5.3 FPGA管脚结构分析　167
5.6 小结　168
第6章 UART串口　169
6.1 串口简介　169
6.2 串口调试系统设计　171
6.2.1 系统设计　171
6.2.2 系统设计优化　172
6.2.3 串口驱动子系统设计　173
6.2.4 七段数码管驱动模块　187
6.2.5 DS18B20驱动模块　188
6.2.6 串口调试系统顶层模块设计　188
6.3　串口调试注意事项　191
6.4　高手进阶　191
6.5　小结　192
第7章 用FPGA点亮显示屏　193
7.1 SPI简介　193
7.2 OLED屏简介　194
7.2.1 SPI显示驱动芯片SSD1306　195
7.2.2 显示模组的操作　197
7.2.3 SSD1306的外部接口　200
7.3 ZJY091S模组显示驱动模块设计　201
7.3.1 字库　202
7.3.2 OLED模块驱动层次设计　203
7.4 高手进阶　219
7.5 小结　220
第8章 ADC和DAC　221
8.1 ADC和DAC简介　221
8.2 电压计的设计实现　222
8.2.1 ADS7868数字转换结果读取　222
8.2.2 七段数码管驱动模块　227
8.2.3 电压计顶层模块设计　229
8.3 高手进阶　230
8.4 小结　231