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本書系統(tǒng)地介紹了EDA 技術和VHDL 硬件描述語言，將VHDL 的基礎知識、編程技巧和實用方法與實際工程開發(fā)技術在Quartus II 13.1 上很好地結合起來，使讀者通過本書的學習能迅速了解并掌握EDA技術的基本理論和工程開發(fā)實用技術，為后續(xù)的深入學習和發(fā)展打下堅實的理論與實踐基礎。　　作者依據(jù)高校課堂教學和實驗操作的規(guī)律與要求，并以提高學生的實際工程設計能力和自主創(chuàng)新能力為目的，合理編排全書內容。全書共分為8 個部分：EDA 技術的概述、VHDL 語法知識及其實用技術、Quartus II 及LPM 宏模塊的詳細使用方法、有限狀態(tài)機設計技術、16 位實用CPU 設計技術及創(chuàng)新實踐項目、基于ModelSim 的Test Bench 仿真技術、以及基于MATLAB 和DSP Builder 平臺的EDA 設計技術及大量實用系統(tǒng)設計示例。除個別章節(jié)外，其他章節(jié)都安排了相應的習題和大量針對性強的實驗與設計項目。書中列舉的VHDL 示例都已經(jīng)編譯通過或經(jīng)硬件測試通過。　　本書主要用于高等院校本、�？频腅DA 技術和VHDL 語言基礎課，推薦作為電子工程、通信、工業(yè)自動化、計算機應用技術、電子對抗、儀器儀表、數(shù)字信號或圖像處理等學科專業(yè)和相關實驗指導課的教材用書或主要參考書，同時也可作為電子設計競賽、FPGA 開發(fā)應用的自學參考書。　　與此教材配套的還有 CAI 教學課件、實驗指導課件、實驗源程序，以及與實驗設計項目相關的詳細技術資料等，讀者都可免費索取。

　　新版教程的變化主要表現(xiàn)在新版 EDA 軟件和較新的FPGA 的使用上：

　　（1）考慮到Quartus II 13.1 和 Quartus Prime Standard 16.1 版本的用法和功能基本相同，而13.1 版本支持的早期器件系列較多，包括Cyclone III。所以在一些重要的章節(jié)和示例中，用QuartusII 13.1 軟件取代了舊版的Quartus II 9.1。

　　（2）在上一版的前言中就已提到過，Quartus II 10.0 版本后不再支持內置的門級仿真器，即Altera 已將Quartus II 10.0 及此后版本的軟件中曾經(jīng)一貫內置的門級波形仿真器移除了，這使得Quartus 的使用者不得不使用接口于Quartus II 的第三方仿真器ModelSim-Altera。顯然這一舉措對于多數(shù)初學者和相關的教學造成很大的不便。因為必須承認，Quartus II 9.x及之前版本軟件中一直內置的波形仿真器的易學、高效和便捷的巨大優(yōu)勢，對于EDA 教學和初學者的學習是十分重要的。為此，Quartus II 13.1 及其以后的16.1 版本，借助ModelSim-ase 構建了一個類似于波形仿真器的仿真工具。其在用法上也有少許不同之處，書中也做了介紹。

　　（3）由于新版軟件的波形仿真器是建立在第三方仿真軟件ModelSim-ase 上的，所以在安裝軟件時需要特別注意要把ModelSim-ase 裝上，書中對此加入了Quartus II 13.1 安裝的簡要說明。

　�。�4）考慮到較新的Cyclone 4 型FPGA 已經(jīng)得到廣泛使用，并兼顧目前多數(shù)學校仍然使用基于Cyclone 3 系列FPGA 的實驗設備的事實，在此新版教材中包含了這兩種FPGA的使用示例。

　　（5）在FPGA 和CPLD 的結構介紹方面，做了一定更新，介紹了較新近發(fā)展的FPGA（Cyclone4）和CPLD（內嵌Flash 的FPGA 器件）的結構特點。

　　（6）對一些習題和實驗項目做了精簡與完善。

　�。�7）對第10 章的Test Bench 仿真示例升級在Quartus II 13.1 平臺上完成。

　�。�8）對第11 和第12 章內容做了進一步的完善。

　　與本書 VHDL 內容相對應的Verilog HDL 教材可參考清華大學出版社出版的《EDA 技術與Verilog HDL（第3 版）》。

　　基于工程領域中 EDA 技術的巨大實用價值，以及對EDA 教學中實踐能力和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的極端重視，本書的特色主要體現(xiàn)在如下兩個方面。

　　1．注重實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

　　在絕大部分章節(jié)中都安排了針對性較強的實驗與設計項目，使學生對每一章的課堂教學內容和教學效果能及時通過實驗得以消化和強化，并盡可能地從一開始學習就有機會將理論知識與實踐、自主設計緊密聯(lián)系起來。

　　全書包含數(shù)十個實驗及其相關的設計項目，這些項目涉及的 EDA 工具軟件類型較多、技術領域也較寬、知識涉獵密集、針對性強，而且自主創(chuàng)新意識的啟示性好。與書中的示例相同，所有的實驗項目都通過了EDA 工具的仿真測試及FPGA 平臺的硬件驗證。每一個實驗項目除給出詳細的實驗目的、實驗原理和實驗報告要求外，還有2~5 個子項目或子任務。它們通常分為：第一個層次的實驗是與該章某個闡述內容相關的驗證性實驗，并通常提供詳細的且被驗證的設計源程序和實驗方法，學生只需將提供的設計程序輸入計算機，并按要求進行編譯仿真，在實驗系統(tǒng)上實現(xiàn)即可，這使學生有一個初步的感性認識，也提高了實驗的效率；第二個層次的實驗任務要求在上一實驗基礎上做一些改進和發(fā)揮；第三個層次的實驗通常是提出自主設計的要求和任務；第四、第五個實驗層次則是在僅給出一些提示的情況下提出自主創(chuàng)新性設計的要求。因此，教師可以根據(jù)學時數(shù)、教學實驗的要求以及不同的學生對象，布置不同層次含不同任務的實驗項目。

　　2．注重教學選材的靈活性和完整性相結合

　　本教材的結構特點決定了授課學時數(shù)可十分靈活，即可長可短，應視具體的專業(yè)特點、課程定位及學習者的前期教育程度等因素而定，大致在30~54 學時�？紤]到EDA 技術課程的特質和本教材的特色，具體教學可以是粗放型的，其中多數(shù)內容，特別是實踐項目，都可放手讓學生更多地自己去查閱資料、提出問題、解決問題，乃至創(chuàng)新與創(chuàng)造；而授課教師只需做一個啟蒙者、引導者、鼓勵者和學生成果的檢驗者與評判者。授課的過程多數(shù)情況只需點到為止，大可不必拘泥細節(jié)、面面俱到。但有一個原則，即安排的實驗學時數(shù)應多多益善。

　　事實上，任何一門課程的學時數(shù)總是有限的，為了有效增加學生的實踐和自主設計的時間，可以借鑒清華大學的一項教改措施，即其電子系本科生從一入學就每人獲得一塊FPGA 實驗開發(fā)板，可從本科一年級一直用到研究生畢業(yè)。這是因為EDA 技術本身就是一個可把全部實驗和設計帶回家的課程。

　　我校對于這門課程也基本采用了這一措施，即每個上EDA 課的同學都可借出一套EDA實驗板，使他們能利用自己的計算機在課余時間完成自主設計項目，強化學習效果。實踐表明，這種安排使得實驗課時得到有效延長，教學成效自然顯著。

　　我們建議積極鼓勵學生利用課余時間盡可能學完本書的全部內容，掌握本書介紹的所有EDA 工具軟件和相關開發(fā)手段，并盡可能多地完成本書配置的實驗和設計任務，甚至能參考教材中的要求，安排相關的創(chuàng)新設計競賽，進一步激發(fā)同學的學習積極性和主動性，并強化他們的動手能力和自主創(chuàng)新能力。

　　還有一個問題有必要在此探討，即自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)盡管重要，但對其有效提高絕非一朝一夕之事。多年的教學實踐告訴我們，針對這一問題的教改必須從兩方面入手，一是教學內容，二是設課時間。二者密切聯(lián)系，不可偏廢。

　　前者主要指建立一個內在相關性好、設課時間靈活且易于將創(chuàng)新能力培養(yǎng)寓于知識傳播之中的課程體系。

　　后者主要指在課程安排的時段上，將這一體系的課程盡可能地提前。這一舉措是成功的關鍵，因為我們不可能到了本科三、四年級才去關注能力培養(yǎng)，并期待奇跡發(fā)生，更不可能指望一兩門課程就能解決問題。尤其是以卓越工程師為培養(yǎng)目標的工科高等教育，自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)本身就是一項教學雙方必須投入密集實踐和探索的創(chuàng)新活動。我校的EDA 技術國家級精品課程正是針對這一教改目標建立的課程體系，而數(shù)字電子技術基礎是這一體系的組成部分和先導課程。它的提前設課是整個課程體系提前的必要條件。

　　通過數(shù)年的試點教學實踐和經(jīng)驗總結，現(xiàn)已成功在部分本科學生中將此課程的設課時間從原來的第四或第五學期提前到了第一或第二學期。而這一體系的其他相關課程，如EDA 技術、單片機（相關教材是清華大學出版社的《單片機原理與應用技術》，潘明、黃繼業(yè)等編著）、SOC 片上系統(tǒng)、計算機接口、嵌入式系統(tǒng)和DSP 等也相應提前，從而使學生到本科二年級時就具備了培養(yǎng)工程實踐和自主開發(fā)能力的條件。

　　另外有一個問題須在此說明。

　　針對本教材中的實驗和實踐項目所能提供的演示示例原設計文件的問題：本書中多數(shù)實驗都能提供經(jīng)硬件驗證調試好的演示示例原設計，目的是讓讀者能順利完成實驗驗證和設計；有的示例的目的是希望能啟發(fā)或引導讀者完成更有創(chuàng)意的設計，其中一些示例盡管看上去頗有創(chuàng)意，但都不能說是最佳或最終結果，這給讀者留有許多改進和發(fā)揮的余地。此外還有少數(shù)示例無法提供源代碼（只能提供演示文件），是考慮到本書作者以外的設計者的著作權，但這些示例仍能在設計的可行性、創(chuàng)意和創(chuàng)新方面給讀者以寶貴的啟示。

　　為了盡可能降低本書的成本和售價，不再配置光盤。與本書相關的其他資料，包括本書的配套課件、實驗示例源程序資料、相關設計項目的參考資料和附錄中提到的mif 文件編輯生成軟件等文件資料都可免費索��；此外對于一些與本教材相關的工具軟件，包括Quartus II、Synplify Pro、ModelSim-Atera 和DSP-Builder/MATLAB 等EDA 軟件的安裝使用問題都可咨詢（包括教學課件與實驗課件，以及實驗系統(tǒng)的FPGA 引腳查詢及對照表等的免費索取）sunliangzhu@126.com，或與作者探討EDA 技術教學和實踐（hjynet@163.com）；或直接與出版社聯(lián)系（主要是索取教學課件等）。

　　清華大學出版社的網(wǎng)址和聯(lián)系方式分別是：www.tup.com.cn，zzfangcn@vip.163.com。

作者

于杭州電子科技大學

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