前言

随着集成电路制造工艺水平的不断提高，可编程逻辑器件的密度越来越大，基于可编程逻辑器件的数字系统设计方法能够有效地减小产品的体积，降低系统的功耗，提高系统的工作速度和可靠性。目前，可编程逻辑器件已经广泛应用于数字通信、集成电路设计和嵌入式系统应用等领域。随着智能硬件时代的到来，可编程逻辑器件必将在人工智能、大数据和高速信息处理等方面发挥更大的作用。

编者从事电子技术基础课程和电子信息类专业课程教学20多年，同时组织并指导大学生电子设计竞赛近20年，深切地体会到EDA技术的应用为电子信息领域所带来的变革。为突出EDA技术的应用性和实践性，以及在新工科背景下，以学生为中心，以产出为导向，持续改进的教育理念，编者在EDA课程的教学过程中一直试图编写一本立足应用、突出实践性、注重工程应用能力培养的EDA课程教材。

本书分为3篇，共7章。

第1~3章为基础篇。第1章介绍EDA技术的基本概念和应用要素； 第2章讲述Verilog HDL的基本结构、语法要点和应用； 第3章讲述Quartus Prime开发环境的基本应用，包括数字系统设计的基本流程、原理图设计方法、仿真分析和在线测试方法。

第4~6章为应用篇。第4章首先对常用数字逻辑器件进行描述，以便能够与数字电路课程有效衔接，然后重点讲述分频器和ROM的描述及其应用。第5章和第6章分别讲述IP的应用以及经典的状态机设计方法，并通过DDS信号源、频率计、电子琴和VGA时序控制器等典型应用电路和系统的设计，突出EDA技术的应用性，培养读者学以致用的能力。

第7章为提高篇，首先讲述Verilog HDL代码的书写规范和数字系统的设计原则，然后简要介绍综合与优化方法，最后重点讲述时序分析和异步时序问题以及Verilog HDL中的数值运算方法。

本书的编写力求突出以下3个特点。

(1) 注重基础。以掌握数字电路为起点，通过对电子设计竞赛真题解析阐述学习EDA技术的必要性，然后结合数据选择器、译码器、锁存器、触发器以及计数器等基本功能电路的描述详细讲述Verilog HDL的语法要点。通过4选1数据选择器的设计与描述、仿真分析与在线测试讲述Quartus Prime开发环境的基本应用。

(2) 紧贴应用。通过对各类数字器件进行功能描述，以便与数字电路课程有效衔接，使读者迅速熟悉EDA技术的基本应用，然后重点讲述DDS信号源、数字频率计、VGA时序控制器和电子琴等典型电路与系统的设计和应用。读者通过学习和重现这些应用实例，能够掌握EDA技术的应用精华。同时，在章节和习题中融入了历届电子设计竞赛EDA应用题，读者通过设计和实现这些竞赛题，提高EDA技术的应用能力。

(3) 突出系统性。全书以数字频率计的3种设计方案为主线，以扩展频率测量范围和提高频率测量精度为目标，讲述在不同的资源背景下不同的实现方法，举一反三，循序渐进，培养读者的系统设计能力。

本书在成稿过程中，许多章节内容和应用项目在编者的课程教学和实践过程中试用并逐步完善。

全书由张俊涛编写，陈晓莉老师在本书的规划和编写过程中提出了许多指导性的建议，帮助绘制了书中的许多插图，并协助进行了多次审核和校对。

需要说明的是，为了方便教学，同时也为了节约篇幅，书中许多例程采用直观形象的原理图设计顶层电路，使读者能够明悉系统的结构，并且应用简单易用的向量波形法进行仿真。在复杂的数字系统设计中，编者推荐应用HDL通过模块例化方法描述顶层电路，应用testbench进行仿真分析。

在多年的电子技术基础课程教学、电子信息类专业课程教学以及电子设计竞赛指导的过程中，编者参阅了国内外许多相关书籍、Altera/Intel官网资料和友晶公司的培训资料，无法一一尽述，在此向相关作者表示感谢。

由于编者水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请读者提出意见和改进建议。

张俊涛

2022年4月