第1章　數位積體電路之設計發展過程 1-1

1-1　數位電路設計之發展過程 1-2

1-2　超大型積體電路的分類 1-2

1-3　PLD簡介 1-6

1-3-1　PLD之基本架構 1-6

1-3-2　PLD基本架構的種類 1-7

1-4　CPLD與FPGA的差異 1-11

1-4-1　CPLD與FPGA架構上的差異 1-11

1-4-2　CPLD與FPGA使用的差異 1-14

1-4-3　CPLD與FPGA的應用領域 1-14

1-5　Xilinx Spartan 2E FPGA之基本架構 1-15

1-6　Xilinx FPGA編號的代表意義 1-21

1-7　FPGA的未來發展遠景 1-22

1-8　FPGA/CPLD的設計流程 1-22

1-9　Xilinx ISE發展系統簡介 1-26

1-10　使用Xilinx ISE發展系統設計FPGA與CPLD晶片操作的差異 1-28

1-11　ModelSim模擬軟體之簡介 1-29



第2章　Xilinx ISE發展系統之安裝及簡易操作 2-1

2-1　如何下載及安裝Xilinx ISE WebPACK 軟體 2-2

2-2　如何下載及安裝ModelSim XE模擬器 2-16

2-3　Xilinx ISE WebPACK之操作步驟 2-28

2-3-1　如何進入Project Navigator視窗 2-28

2-3-2　Project Navigator視窗之功能 2-29

2-3-3　如何建立新的專案 2-31

2-3-4　如何以繪圖方式設計電路 2-37

2-3-5　如何開啟一個舊的Project專案 2-69

2-4　為希公司MB-EVL-XC2S50E-V10 FPGA驗證板之介紹 71

2-5　以繪圖方式及VHDL硬體描述語言設計電路使用Modelsim模擬器應注意事項 78

2-6　 如果您的驗證板不是為希公司MB-EVL-

XC2S50E-V10 FPGA驗證板時設計方的差異 81



第3章　基本邏輯閘實驗 3-1

3-1　反閘、或閘、及閘之介紹 3-2

3-1-1　反閘之電路符號，布林代數表示式及其真值表 3-2

3-1-2　或閘之電路符號，布林代數表示式及真值表 3-2

3-1-3　及閘之電路符號，布林代數表示式及其真值表 3-3

3-2　OR、AND、NOT邏輯閘之實驗 3-3

3-2-1　繪圖方式的設計 3-3

3-2-2　Function Simulation的執行 3-18

3-2-3　Implementation Constraints File的執行 3-25

3-2-4　Implementation Design的執行 3-33

3-2-5　Timing Simulation 3-42

3-2-6　Configuration的執行 3-45

3-3　編碼器與解多工器之實驗 3-52

3-3-1　十進位對二進位編碼器 3-52

3-3-2　ModelSim模擬器之簡易操作 3-58

3-3-3　如何將編碼器設計成一元件模組使用 3-64

3-3-4　十進位對二進位編碼器元件模組之模擬及下載 3-70

3-3-5　如何將建立的元件模組在別的專案中使用 3-81

3-3-6　一對四解多工器 3-85

3-4　解碼器與多工器 3-100

3-4-1　二對四解碼器 3-100

3-4-2　四對一多工器 3-112

3-4-3　BCD解碼器 3-120

3-5　七段顯示器解碼器電路之設計 3-131

3-5-1　七段顯示器之基本架構 3-131

3-5-2　七段顯示器解碼電路之設計方法 3-133



第4章　階層式電路的設計 4-1

4-1　壹位元半加器之設計 4-2

4-2　壹位元全加器之設計 4-4

4-3　二位元全加器之設計 4-12



第5章　計數器的設計 5-1

5-1　四位元非同步上數計數之設計 5-2

5-2　不同頻率時鐘脈波產生器之設計 5-6

5-3　具有七段顯示器之四位元非同步上數計數器之設計 5-12



第6章　VHDL硬體描述語言設計方法 6-1

6-1　如何使用VHDL硬體描述語言的方式設計電路 6-2

6-1-1　使用ISE Text Editor編輯VHDL硬體描述語言設計電路的方法 6-3

6-1-2　使用ISE語言樣板設計VHDL硬體描述語言的方法 6-38

6-2　VHDL硬體描述語言的基本架構組成 6-52

6-2-1　Library宣告的格式 6-54

6-2-2　Use宣告的格式 6-54

6-2-3　Entity電路單體描述的格式 6-55

6-2-4　Architecture架構描述的格式 6-56

6-2-5　Structure宣告所使用之格式及範例 6-56

6-2-6　Dataflow描述之格式及範例 6-67

6-2-7　Behavioral行為描述之格式及範例 6-73

6-2-8　組成宣告描述之格式及範例 6-76



第7章　VHDL硬體描述語言之描述規則 7-1

7-1　VHDL硬體描述語言指令的命名規則 7-2

7-2　VHDL敘述的描述形式 7-2

7-3　VHDL的常用描述指令 7-10

7-3-1　IF條件式 7-10

7-3-2　WHEN…ELSE敘述 7-22

7-3-3　Case…Is…When…When Others敘述 7-26

7-3-4　with…select…When…When Others敘述 7-32

7-3-5　Loop敘述 7-42

7-3-6　NEXT敘述 7-52

7-3-7　Wait敘述 7-54

7-4　VHDL中所使用的運算子 7-57

7-5　VHDL的保留字 7-59



第8章　VHDL設計實例介紹 8-1

8-1　三對八解碼器的設計 8-2

8-2　七段顯示器解碼電路之設計 8-5

8-3　上下數計數器之設計 8-8

8-4　BCD上下數計數器 8-16

8-5　以VHDL設計除頻電路 8-19

8-5-1　設計除頻電路之基本原理 7-19

8-6　跑馬燈之設計 8-21

8-7　9999BCD上下計數器之設計 8-24



第9章　Verilog硬體描述語言設計方法 9-1

9-1　Verilog硬體描述語言的基本架構 9-2

9-2　Verilog模組描述的基本格式 9-3

9-2-1　開關層次描述的實例介紹 9-4

9-2-2　邏輯間層次描述的實例介紹 9-8

9-2-3　資料流層次描述的實例介紹 9-10

9-2-4　行為層次描述的實例介紹 9-11

9-3　Verilog硬體描述語言的描述格式 9-12

9-3-1　Verilog的基本語法規定 9-12

9-3-2　Verilog的數字格式 9-12

9-3-3　Verilog的運算子 9-14

9-4　Verilog的資料型態 9-17

9-4-1　數值集(Value Set) 9-17

9-4-2　接線(net) 9-18

9-4-3　暫存器(reg) 9-19

9-4-4　向量(vectors) 9-20

9-4-5　整數(integer) 9-20

9-4-6　實數(real) 9-20

9-4-7　時間(time) 9-21

9-4-8　陣列(arrays) 9-21

9-4-9　記憶體(memories) 9-22

9-4-10　參數(parameters) 9-22

9-4-11　字串(strings) 9-23

9-4-12　三態(Tri-state) 9-23

9-5　Verilog的事件基礎時間控制 9-24

9-5-1　正規事件控制 9-25

9-5-2　事件或控制 9-25

9-6　Verilog的輸入輸出埠描述 9-26

9-7　Verilog的系統關鍵字描述 9-27

9-8　Verilog系統的暫停及完成模擬敘述 9-28

9-9　Verilog的監視顯示描述 9-30

9-10　Verilog的系統保留字 9-33



第10章　Verilog邏輯閘層次設計實例介紹 10-1

10-1　邏輯閘層次所提供的邏輯模型 10-2

10-2　邏輯閘的延遲時間 10-5

10-3　壹位元半加器設計的實例介紹 10-7

10-4　壹位元全加器的設計實例介紹 10-12

10-4-1　階層式的設計觀念 10-12



第11章　Verilog資料流層次設計實例介紹 11-1

11-1　資料流層次設計的相關描述 11-2

11-1-1　持續指定描述 11-2

11-1-2　隱藏式持續指定描述 11-3

11-1-3　延遲敘述 11-3

11-1-4　條件運算子描述 11-4

11-2　以四對一多工器之設計為例 11-5

11-3　二對四解碼器之設計 11-8

11-4　除法器之設計 11-11

11-5　四位元全加器的設計實例 11-13



第12章　Verilog行為層次設計實例介紹 12-1

12-1　行為層次描述的基本結構組成 12-2

12-1-1　initial程序區塊敘述的規則 12-2

12-1-2　always程序區塊敘述的規則 12-4

12-2　行為層次的程序指定描述 12-5

12-3　行為層次的時間控制 12-8

12-4　行為層次常用的敘述 12-10

12-4-1　if敘述 12-10

12-4-2　if…else…敘述 12-12

12-4-3　if…else…　if…else敘述 12-14

12-4-4　case…endcase敘述 12-21

12-4-5　casex…endcase敘述 12-26

12-4-6　casez…endcase敘述 12-26

12-4-7　loop迴圈敘述 12-27

12-4-8　while迴圈敘述 12-33

12-4-9　repeat迴圈敘述 12-34

12-4-10　forver迴圈敘述 12-36

12-4-11　function敘述 12-37

12-4-12　Task敘述 12-38

12-4-13　Module敘述 12-40

12-5　行為層次設計的實例介紹 12-40

12-5-1　一對四解多工器之設計 12-41

12-5-2　BCD上下數計數器的設計 12-43

12-5-3　以Task將壹位元全加器設計成四位元全加器的實例 12-53

12-5-4　以模組方式設計BCD上下數計數器的實例 12-56