传统的数字电路实验基本都基于74系列芯片，随着EDA技术的快速发展，这种模式已经不能满足业界需求。基于FPGA芯片，使用原理图或VHDL/Verilog HDL语言实现数字电路的各种功能，更符合新时代对人才培养的要求。因此，本书选用Xilinx公司的FPGA芯片及ISE 14.7开发环境，以深圳市乐育科技有限公司出品的LY-SPTN6M型FPGA高级开发系统为硬件平台，共安排了14个实验，内容涵盖集成逻辑门电路功能测试、基于原理图/HDL的简易数字系统设计、编码器设计、译码器设计、加法器设计、比较器设计、数据选择器设计、触发器设计、同步/异步时序逻辑电路分析与设计、计数器设计、移位寄存器设计、数-模和模-数转换。本书配有丰富的资料包，包括FPGA例程资料、硬件资料、软件资料、PPT和视频等。这些资料会持续更新，下载链接可通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。本书既可以作为高等院校数字电路课程的实验教材，也可以作为FPGA开发及相关行业工程技术人员的入门培训用书。

自20世纪末，电子和计算机技术较发达的国家与地区，如欧洲、美国和日本等，一直在积极探索电子电路设计的新思路和新方法。以FPGA/CPLD为硬件载体，以硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）为系统逻辑的描述方式，以计算机为工作平台，以专用的工具软件为开发环境，可以自动、高效地实现电子自动化设计（Electronic Design Automation，EDA）。 然而，我国传统的数字电路实验教学基本都是使用以74系列芯片为载体的实验箱开展的，很多74系列芯片早已停产，只能使用拆机料，这种陈旧的教学模式显然已经不能满足业界需求。很明显，基于EDA的现代数字电路的设计技术更符合新时代产业对人才培养的要求。因此，本书选用Xilinx公司的FPGA芯片及ISE 14.7开发环境，以深圳市乐育科技有限公司出品的LY-SPTN6M型FPGA高级开发系统为硬件平台，共15章，内容编排如下。 第1章介绍数字电路的开发平台和工具，包括FPGA芯片、FPGA开发环境ISE 14.7、第三方综合工具Synplify和FPGA高级开发系统等；第2章是集成逻辑门电路功能测试，主要测试TTL和CMOS逻辑电路的输入/输出逻辑电平；第3章在ISE 14.7开发环境中，基于原理图设计非门、与门和与非门等逻辑门电路；第4章基于VHDL设计非门、与门和与非门等逻辑门电路；第5章通过仿真了解MSI74148的功能，并通过VHDL实现该编码器；第6章通过仿真了解MSI74138的功能，并通过VHDL实现译码器；第7章通过仿真了解MSI74283的功能，并通过VHDL实现加法器；第8章通过仿真了解MSI7485的功能，并通过VHDL实现比较器；第9章通过仿真了解MSI74151的功能，并通过仿真实现数据选择器；第10章通过VHDL依次实现RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，并对这些触发器进行仿真和板级验证；第11、12章分别在ISE 14.7开发环境中，进行同步和异步时序逻辑电路的分析与设计；第13章通过仿真了解MSI74163和MSI74160的功能，并通过VHDL实现这两个计数器；第14章通过仿真了解MSI74194的功能，并通过VHDL实现移位寄存器；第15章基于FPGA实现一个数-模转换系统，并通过本章任务实现一个模-数转换系统。 第2～15章共安排14个实验，其中“预备知识”引导读者预习实验需要掌握的知识点，“实验步骤”以“照猫画猫”的方式引导读者开展“实验内容”，“本章任务”是“实验内容”的延伸和拓展，让读者通过实战，以“照猫画虎”的方式巩固实验中的知识点。本书主要涉及数字电路中的组合电路和时序电路，对常见的74系列编码器、译码器、计数器、移位寄存器等器件，将其封装为ISE 14.7开发环境中的逻辑器件，然后对其进行仿真和板级验证，再通过VHDL实现这些器件，并再次进行仿真和板级验证，这样就能够清楚地掌握这些器件的工作原理和设计过程。夯实基础之后，在“本章任务”中，通过一系列综合设计题实现这些数字系统。为了确保顺利完成“本章任务”，建议读者先进行理论分析，设计出完整的电路，然后在ISE 14.7开发环境中，通过VHDL实现这些电路，仿真成功后，再进行板级验证。 董磊总体策划了本书的编写思路，指导全书的编写，对全书进行统稿，并负责第2～9章的编写；彭芷晴负责第1章的编写；冯博华负责第10、13和14章的编写；潘晓苹负责第11章的编写；黄荣祯负责第12章的编写；刘宇林负责第15章及附录的编写。本书的例程由黄荣祯设计，刘宇林审核。电子工业出版社张小乐编辑为本书的出版做了大量的工作。特别感谢深圳大学生物医学工程学院、广东药科大学医药信息工程学院、深圳市乐育科技有限公司和电子工业出版社的大力支持。在此一并致以衷心的感谢！本书获深圳大学教材出版资助。 由于编者水平有限，书中难免有不成熟和错误的地方，恳请读者批评指正。读者反馈发现的问题、索取相关资料或遇实验平台技术问题，可发信至邮箱：ExcEngineer@163.com。

第1章 数字电路的开发平台和工具 1 1.1 FPGA基础概念 1 1.2 FPGA开发流程 5 1.3 XC6SLX16芯片介绍 6 1.4 FPGA开发环境安装与配置 8 1.5 VHDL语法基础 17 1.6 FPGA高级开发系统简介 24 1.7 基于FPGA高级开发系统可开展的部分实验 39 1.8 本书配套的资料包 39 第2章 集成逻辑门电路功能测试 41 第3章 基于原理图的简易数字系统设计 46 第4章 基于HDL的简易数字系统设计 79 第5章 编码器设计 88 第6章 译码器设计 100 第7章 加法器设计 108 第8章 比较器设计 116 第9章 数据选择器设计 125 第10章 触发器设计 133 第11章 同步时序逻辑电路分析与设计 157 第12章 异步时序逻辑电路分析与设计 168 第13章 计数器设计 180 第14章 移位寄存器设计 197 第15章 数-模转换和模-数转换 206 附录A 数字电路FPGA设计常用引脚分配 217 附录B 《VHDL语言程序设计规范（LY-STD009—2019）》简介 220 参考文献 227