前言

电子信息技术日新月异，以EDA技术和处理器技术为代表的现代电子技术飞速发展。为了紧跟其发展和应用的步伐，培养出既有理论知识，又有动手能力和创新思想的优秀人才，各高等学校一直进行着现代电子技术相关实践教学的改革。其中也出现了以下方面的问题：① 较长时期以来，独立的EDA应用和单片机应用实验教学已形成了较明显的壁垒，学生往往只能参与某一方面的学习和实践；② 各类实验室或机房重复建设，教学内容重叠类同；③ 现有 SOPC 课程和实验的门槛较高，难以与基础教学内容衔接，在普及层面推进缓慢。一般学生在学习新的工具软件和新的处理器知识方面困难较大，在实验过程中往往浮于简单的演示结果复现，难有足够的时间和精力关注SOPC设计理念本身并切实地开展设计实践。

针对上述问题，笔者开展了实践教学改革，通过实验资源整合和实验内容优化，达到实践教学的进步。具体表现为，整合 EDA 和单片机各自的实验平台为一体化的实验开发平台，从而实现对实验室和实验硬件设备的优化管理和配置。基于所开发的可在线调试用户程序的8051单片机软核，对现有独立的EDA应用实验和单片机应用实验的内容进行优化与整合，进而提出EDA和51单片机相结合的SOPC综合实验项目。当前，在实验平台上开设的各实验项目及其相互关系如图1所示。由于有效地衔接了EDA技术和单片机技术的理论教学，使得代表最新设计思想的SOPC技术能被更广泛的学生所接受。从而在培养学生独立思考能力和发挥学生创造性等方面获得了更好的教学效果。

本书是上述实验教学改革的配套教材，其特点包括以下几个方面。

（1）是国内第一本将EDA技术、单片机技术及二者结合的SOPC技术整合在同一FPGA平台上进行实验课程开设的配套教材。

（2）适合不同的实验教学内容要求：既可支撑独立的 EDA 类和单片机类基础实验教学及其各自的综合实验教学，也可支撑二者结合的SOPC实验教学，并可与更高阶的DSP设计应用接轨。

（3）只有通过大量的实践才能更好地掌握现代电子技术。本书是作者在多年从事实验教学和参与电子设计竞赛培训工作的基础上逐年积累编写而成的。本教材的基本思路表现为注重内容的典型性和实用性，强调过程的可操作性和可延续性。既有原理知识的铺垫，又有基础操作和例程的参考，还有综合应用项目的训练，更有创新设计的挑战，使不同层次的读者各取所需，并获得持续的学习兴趣。

全书按由浅入深的方式分为三篇，共10章。第一篇为原理基础篇，包括第1～4章。从数字系统基本设计原理出发，先从EDA方面介绍EDA设计流程、FPGA结构特点和基于VHDL语言的逻辑描述方法，再从单片机方面讲述8051单片机原理和C51程序语言设计，并介绍了流行的MC8051处理器IP核。第二篇为应用实践篇，是全书的重点。第5章介绍基于Xilinx FPGA的综合实验硬件平台，第6章和第7章分别提出多个基础性的EDA实验项目和单片机实验项目。其中既有工具软件的详细操作步骤，又有丰富的实验例程，使读者能够快速掌握FPGA应用和单片机应用的基本技能和对实验平台所提供的各功能模块的驱动方法。第8章为本书亮点，精选了8个综合性实验项目。每个项目都基于前面章节学习的软、硬件模块，完成一个电子应用小系统。本章实验项目的选取力求实用，有的侧重于逻辑设计，有的侧重于程序设计，有的侧重于系统综合设计，还有的则与DSP理论及方法的掌握和运用相结合。同时在内容编排上也由易到难。对各项目既有多层次的分析讨论和代码提示，同时又给读者的实践提供了充分发挥和扩展的空间。读者可根据对题目的分析，进行多种实现方案的尝试，进而掌握 EDA 和单片机各自的技术特征，深入理解软硬协同设计的现代电子技术设计思想和SOPC的优势。

第三篇为信号处理篇，讲述基于FPGA的数字信号处理。该篇先介绍FFT、FIR滤波、CORDIC这3种典型的数字信号处理模块的使用，进而提供两个综合设计型实验题目，给读者以实战的检验。

本书是国内第一本真正结合EDA技术和8051单片机技术开展应用开发的实验教材。读者只要认真、勤奋地实践书中的内容，你可以：

● 掌握基于VHDL的FPGA应用技术；

● 掌握基于Keil C51的8051应用技术；

● 掌握基于Xilinx FPGA的EDA开发工具；

● 掌握Xilinx FPGA常用IP核的使用方法；

● 掌握电子设计中常用外围电路模块的驱动方法；

● 掌握基于FPGA逻辑和MC8051单片机核的SOPC设计方法；

● 构建多个SOPC模式的电子应用小系统；

● 掌握基于FPGA的DSP应用小系统的设计。

读者在阅读本书时，应注意以下几点。

（1）作为实验教材，本书中的理论和方法介绍主要用于读者快速查阅，而非系统学习。

（2）书中提供的代码主要为方便学习理解，较少考虑运行的效率，读者可在对实验内容和方法足够理解后再行优化。此外，对于公共的模块或函数，会在首次出现时尽量阐述清楚，而在后续实验项目中，则要求读者按指引自行参阅，以节约读者理解的时间和文字篇幅。某些较大的程序或文件，则请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册下载使用。

本书适合高等院校电子类专业的本科生和低年级应用型研究生。可作为电子技术实践课程的实验教材或电子设计竞赛等科技创新活动的培训教材。

本教材适用学时数较灵活。建议根据普及型或培训型的教学对象和学时要求等具体情况而侧重不同层次和类型的实验项目，也可适当扩展新的实验项目。参考学时为32～64学时，其中第一篇为8～12学时，第二篇为24～32学时，第三篇为20学时。

教材各章节编写的分工及安排如下：第1、2、3章和第6章的6.2.1、6.2.2和6.2.3节由刘曦编写，其余章节由唐续编写，全书由唐续统稿。董平、赵芳斌、王嘉、金辉、贾佳蔚、雷敏、杨艳芳、曲君涛、黄建、王丁、张平丽、高林、高现文、梁上烈、易宇良、周健和苏金洲等人参与了本实验教材的编写和实验验证。

本书在编写和出版过程中，得到了电子科技大学英才实验学院蒲晓蓉副院长、电子实验中心的皇晓辉等同事的大力支持，在此谨向他们表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足或错误，恳请广大师生和读者批评指正。

唐续 刘曦

2013年1月