周润景教授，中国电子学会高级会员，IEEE/EMBS会员，国家自然科学基金项目“高速数字系统的信号与电源完整性联合设计与优化”等多项*家级、省部级科研项目负责人，主要从事模式识别与智能系统、控制工程的研究与教学工作，具有丰富的教学与科研经验。

第1章 FPGA设计基础
1．1 数字集成电路的分类
1．2 标准逻辑器件
1．3 可编程逻辑器件
1．4 Quartus Prime简介
1．5V HDL程序简介
第2章 Quartus Prime的使用
2．1 原理图设计
2．2 文本编辑
2．3 混合编辑（自底向上）
2．4 混合编辑（自顶向下）
第3章 门电路设计范例
3．1 与非门电路
3．2 或非门电路
3．3 异或门电路
3．4 三态门电路
3．5 单向总线缓冲器
3．6 双向总线缓冲器
第4章 组合逻辑电路设计范例
4．1 编码器
4．2 译码器
4．3 数据选择器
4．4 数据分配器
4．5 数值比较器
4．6 加法器
4．7 减法器
第5章 触发器设计范例
5．1 RS触发器
5．2 JK触发器
5．3 D触发器
5．4 T触发器
第6章 时序逻辑电路设计范例
6．1 同步计数器
6．2 异步计数器
6．3 减法计数器
6．4 可逆计数器
6．5 可变模计数器
6．6 寄存器
6．7 锁存器
6．8 移位寄存器
6．9 顺序脉冲发生器
6．10 序列信号发生器
6．11 分频器
第7章 存储器设计范例
7．1 只读存储器（ROM）
7．2 随机存储器（RAM）
7．3 堆栈
7．4 FIFO
第8章 数字系统设计范例
8．1 跑马灯设计
8．2 8位数码扫描显示电路设计
8．3 4×4键盘扫描电路设计
8．4 数字频率计
8．5 乒乓球游戏机
8．6 交通控制器
8．7 数字钟
8．8 自动售货机
8．9 出租车计费器
8．10 电梯控制器
第9章 可参数化宏模块及IP核的使用
9．1 ROM、RAM、FIFO的使用
9．2 乘法器、锁相环的使用
9．3 正弦信号发生器的设计
9．4 NCO IP核的使用
第10章 深入使用Quartus Ⅱ开发软件
10．1 使用ModelSim波形编辑器对VHDL设计进行仿真
10．2 TimeQuest时序分析仪的用法
10．3 SignalTap Ⅱ嵌入式逻辑分析仪的使用
10．4 VHDL硬件设计调试
10．5 在VHDL设计中使用库模块
第11章 基于FPGA的射频热疗系统
11．1 肿瘤热疗的生物学与物理技术概论
11．2 温度场特性的仿真
11．3 射频热疗系统设计
11．4 系统硬件电路设计
11．5 软件实现
11．6 温度场测量与控制的实验
11．7 结论
第12章 基于FPGA的直流电动机伺服系统
12．1 电动机控制发展情况
12．2 系统控制原理
12．3 算法设计
12．4 系统硬件设计原理
12．5 系统软件设计原理
12．6 系统调试及结果分析
12．7 结论

本书以Altera公司全新推出的Quartus Prime 15.1为设计平台，结合大量的实例来介绍基于FPGA/CPLD数字系统的设计方法。书中的例子包含简单的数字逻辑电路实例、数字系统设计实例及复杂的数字控制系统设计实例，由浅入深地介绍了采用Quartus Prime 15.1进行数字系统开发的设计流程、设计思想和设计技巧。

前言

随着电子技术、计算机应用技术和EDA技术的不断发展，利用FPGA/CPLD进行数字系统的开发已被广泛应用于通信、航天、医疗电子、工业控制等领域。与传统电路设计方法相比，FPGA/CPLD具有功能强大、开发过程投资少、周期短、便于修改，以及开发工具智能化等特点。近年来，FPGA/CPLD市场发展迅速，并且随着电子工艺的不断改进，低成本、高性能的FPGA/CPLD器件推陈出新，从而促使FPGA/CPLD成为当今硬件设计的首选方式之一。熟练掌握FPGA/CPLD设计技术已经是电子设计工程师的基本要求。

VHDL语言作为国际标准的硬件描述语言，本书实例中的文本编辑均采用VHDL语言编写，并且书中实例均通过仿真和硬件测试。

本书主要以实例为主来介绍以Altera公司推出的Quartus Prime 151为设计平台的FPGA/CPLD数字系统设计。书中的例子包含简单的数字逻辑电路实例、数字系统设计实例及复杂数字系统设计实例，由浅入深地介绍了采用Quartus Prime进行数字系统开发的设计流程、设计思想和设计技巧。

Quartus Prime是Altera公司最新推出的革命性的设计软件，其前端用户界面的使用与以前软件版本还是同样的方便，而在后端增加了Spectra-Q引擎，采用一组更快、更易于扩展的新算法，前所未有地缩短了编译时间，提高了设计性能。这一引擎还具有分层数据库，保留了IP模块的布局布线，保证了设计的稳定性，同时避免了不必要的时序收敛投入，缩短了编译时间。Quartus Prime设计软件还在多个Arria 10设计上展示了极高的设计性能和设计人员效能。

本书共分为12章，第1章介绍了使用可编程逻辑器件进行数字系统设计的基本概念，包括数字集成电路、标准逻辑器件、可编程逻辑器件、CPLD和FPGA等的基本概念；第2章介绍了Quartus Prime的使用方法，包括原理图编辑、文本编辑和混合编辑的设计方法；第3～7章介绍了简单的数字电路实例，包括门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路及存储器的设计方法；第8章介绍了课程设计中涉及的数字系统设计范例，使读者能够熟练地掌握Quartus Prime的使用方法和熟练运用VHDL语言；第9章介绍了宏功能模块及IP核的使用方法和简单的应用实例；第10章介绍了ModelSim、TimeQuest、SignalTap Ⅱ与Quartus Prime的结合使用方法及简单的应用实例，VHDL硬件调试，以及在VHDL设计当中使用库模块的方法；第11～12章介绍了两个大型数字系统的设计实例，使读者更深入地掌握数字系统的设计方法。

本书共12章，其中第1章由李志负责编写，第9章由刘艳珍负责编写，其余由周润景教授负责编写。全书由周润景统稿、定稿。参加本书编写的还有韩亦俍、刘白灵、樊宇、张大山、王洪艳、蒋诗俊、张赫、陈萌、井探亮、张红敏、张丽敏和周敬，在此表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在错误和不足之处，敬请读者批评指正。

编 著 者