本书以Intel的FPGA芯片为目标器件，以Quartus Prime、Platform Designer（PD）、Nios II-Eclipse为软件工具，以Verilog HDL为设计语言，选择C4_MB“口袋实验板”为目标板，通过精选设计案例，诠释用FPGA实现数字系统设计的思路与方法。本书的案例涵盖常用的FPGA数字电路与系统，从复杂的逻辑设计和控制电路，到Nios II嵌入式处理器开发；从状态机单步控制电路，到各种数学运算和并行处理系统；从通信和接口电路，到数字信号处理和复杂算法的实现，以及用FPGA驱动各种常用的I/O外设均有涉及。有的案例同时给出采用IP核和Verilog HDL编程两种实现方案，以便于从不同的角度对两种方案进行比较；有的设计案例来自大学生电子设计竞赛的赛题，因此本书对参加电子设计竞赛的学生和指导老师也具有参考价值。

王金明，博士，副教授、硕士研究生导师。曾获军队科技进步一等奖1项，军队科技进步二等奖3项，军队科技进步三等奖5项，获军队级教学成果二等奖1项；获国家发明专利授权2项，获软件著作授权1项；发表论文80余篇，其中SCI、EI收录30余篇；主编教材多部，并入选"十一五”国家级规划教材和"十二五”国家级规划教材；2013年获军队院校育才奖银奖；2014年由国家留学基金委资助，在美国威斯康星大学麦迪逊分校访问研究1年；指导本科生参加全国大学生电子设计竞赛，获全国一等奖、二等奖多项。

第1章 LED流水灯 1
1.1 任务与要求 1
1.2 原理与实现 1
1.2.1 流水灯控制器 1
1.2.2 引脚分配与锁定 2
1.3 下载与验证 7
1.3.1 JTAG编程下载 7
1.3.2 配置数据固化与脱机运行 7
第2章 4×4矩阵键盘 11
2.1 任务与要求 11
2.2 原理与实现 11
2.3 下载与验证 15
第3章 Hello World 17
3.1 任务与要求 17
3.2 原理与实现 17
3.2.1 硬件设计 17
3.2.2 软件设计 25
3.3 下载与验证 27
第4章 SOPC流水灯 30
4.1 任务与要求 30
4.2 基于NIOS II的SOPC设计流程 30
4.3 原理与实现 32
4.3.1 硬件设计 32
4.2.3 软件设计 34
4.3 下载与验证 36
第5章 SOPC控制RTC实时时钟 37
5.1 任务与要求 37
5.2 原理与实现 37
5.2.1 硬件设计 38
5.2.2 软件设计 47
5.3 下载与验证 54
5.3.1 在线下载 54
5.3.2 程序固化 54
第6章 I2C接口读/写EEPROM 56
6.1 任务与要求 56
6.2 原理与实现 56
6.2.1 硬件设计 57
6.2.2 软件设计 59
6.3 下载与验证 61
第7章 SDRAM存取 62
7.1 任务与要求 62
7.2 原理与实现 62
7.2.1 硬件设计 63
7.2.2 软件设计 72
7.3 下载与验证 74
第8章 中断控制 75
8.1 任务与要求 75
8.2 原理与实现 75
8.2.1 硬件设计 75
8.2.2 软件设计 78
8.3 下载与验证 80
第9章 SOPC定时器 81
9.1 任务与要求 81
9.2 原理与实现 81
9.2.1 硬件设计 82
9.2.2 软件设计 84
9.3 下载与验证 86
第10章 JTAG UART通信 87
10.1 任务与要求 87
10.2 原理与实现 87
10.2.1 硬件设计 87
10.2.2 软件设计 89
10.3 下载与验证 91
第11章 LCD显示字符 92
11.1 任务与要求 92
11.2 原理与实现 92
11.3 下载与验证 98
第12章 图形点阵液晶显示汉字 99
12.1 任务与要求 99
12.2 原理与实现 99
12.2.1 LCD12864B汉字图形
点阵液晶 99
12.2.2 汉字图形点阵液晶静态
显示 100
12.2.3 汉字图形点阵液晶动态
显示 103
第13章 TFT屏彩条显示 105
13.1 任务与要求 105
13.2 原理与实现 105
13.2.1 TFT液晶屏 105
13.2.2 TFT液晶屏的驱动 108
13.3 下载与验证 116
13.3.1 7寸TFT屏下载验证 116
13.3.2 4.3寸TFT屏下载
验证 118
第14章 TFT液晶屏图像显示 120
14.1 任务与要求 120
14.2 原理与实现 120
14.3 下载与验证 127
第15章 TFT屏显示汉字字符 128
15.1 任务与要求 128
15.2 原理与实现 128
15.3 下载与验证 133
第16章 OV5640摄像头的视频采集与
TFT显示 134
16.1 任务与要求 134

16.2 原理与实现 134
16.2.1 OV5640摄像头模块 134
16.2.2 视频采集与显示 137
16.3 下载与验证 153
第17章 TFT彩色显示转换灰度显示 156
17.1 任务与要求 156
17.2 原理与实现 156
17.2.1 彩色图像转换灰度
图像 156
17.2.2 程序设计 157
17.3 下载与验证 165
第18章 OV5640摄像头的SOBEL
边缘检测与TFT显示 166
18.1 任务与要求 166
18.2 原理与实现 166
18.2.1 图像边缘检测 166
18.2.2 Sobel边缘检测
的实现 167
18.3 下载与验证 173
第19章 VGA彩条显示 174
19.1 任务与要求 174
19.2 原理与实现 174
19.2.1 VGA显示原理与
时序 174
19.2.2 VGA彩条信号
发生器 176
19.3 下载与验证 180
第20章 VGA图像显示 181
20.1 任务与要求 181
20.2 原理与实现 181
20.3 下载与验证 186
第21章 OV5640摄像头的视频采集
与VGA显示 187
21.1 任务与要求 187
21.2 原理与实现 187
21.3 下载与验证 193


第22章 OV5640摄像头的Sobel
边缘检测与VGA显示 195
22.1 任务与要求 195
22.2 原理与实现 195
22.3 下载与验证 198
第23章 按键消抖 200
23.1 任务与要求 200
23.2 原理与实现 200
23.3 下载与验证 204
23.3.1 按键消抖电路的仿真 204
23.3.2 下载与验证 208
第24章 标准PS/2键盘 209
24.1 任务与要求 209
24.2 原理与实现 209
24.3 下载与验证 214
第25章 TFT显示色环 216
25.1 任务与要求 216
25.2 原理与实现 216
25.3 下载与验证 219
第26章 TFT显示动态矩形 221
26.1 任务与要求 221
26.2 原理与实现 221
26.3 下载与验证 223
第27章 乐曲演奏 225
27.1 任务与要求 225
27.2 原理与实现 225
27.3 下载与验证 231
第28章 RTC实时时钟 232
28.1 任务与要求 232
28.2 原理与实现 232
28.3 下载与验证 246
第29章 UART串口通信 247
29.1 任务与要求 247
29.2 原理与实现 247
29.3 下载与验证 255
第30章 PWM驱动蜂鸣器 257
30.1 任务与要求 257
30.2 原理与实现 257
30.3 下载与验证 269
第31章 PWM信号驱动步进电机 270
31.1 任务与要求 270
31.2 原理与实现 270
31.3 下载与验证 274
第32章 超声波测距 275
32.1 任务与要求 275
32.2 原理与实现 275
32.3 下载与验证 278
第33章 FIR滤波器 280
33.1 任务与要求 280
33.2 原理与实现 280
33.3 下载与验证 288
第34章 CORDIC运算 290
34.1 任务与要求 290
34.2 原理与实现 290
34.3 下载与验证 298
第35章 FFT运算 300
35.1 任务与要求 300
35.2 原理与实现 300
35.3 下载与验证 310
第36章 整数开方运算 314
36.1 任务与要求 314
36.2 原理与实现 314
36.3 下载与验证 317
第37章 总谐波失真度测量 319
37.1 任务与要求 319
37.2 原理与实现 319
37.2.1 总谐波失真的定义和
仿真 319
37.2.2 总谐波失真度测量的
实现 321
37.3 下载与验证 328
参考文献 330