《在系统编程技术及其应用》（第二版）教材简介

在系统编程技术及其应用（第二版）

主编姓名:黄正瑾

出版时间:1999年

出版单位:东南大学出版社

教材形式:文字

适用层次:本、专科

适用专业:信息电子

获奖情况:教育部科技进步奖，2000年

作者简介:

1965年毕业于南京工学院无线电工程系，同年在南京工学院无线电工程系任教，1987年晋升副教授，并担任电子线路教研室主任，1997任电路与系统学科副主任兼东南大学EDA实验室（第二层次）主任，1998年晋升教授，1999年任东南大学电工电子实验中心主任，2005年退休。曾任国家教委电工教学指导委员会电子线路课程组秘书，全国大学生电子设计竞赛专家组专家，江苏赛区专家组组长，全国实验专家，江苏实验教学研究会、华东电子线路研究会理事，东南大学CAI工作组组长，东南大学电子设计竞赛专家组组长等职务。

主要从事教学，曾讲授过“脉冲与数字电路”、“数字逻辑电路”、“数字电子技术”、“电路基础”等课程，1995年创建“计算机结构与逻辑设计”，此后又创建了“数字系统设计”、“综合电子系统设计”等课程，并在生物医学工程系、吴健雄学院推行以自主学习、讨论式教学为特色的研究型教学方法，是国家精品课程“电工电子实践”的负责人。曾获国家级教改成果二等奖（两次），教育部科技进步二等奖，宝钢教育奖，被评选为全国大学生电子设计竞赛优秀组织工作者和江苏省高校教学名师。

参加过“计算计数器——时间插件”、“继电保护微机控制收发信机”、“数字储频解码控制电路研究”、“电工电子系列课程CAI课件研制”、“多用无中心载波电话”、“CPLD实验箱”、“按规则序列设计的移位型计数器”、“产生规则序列的最佳奇异非线性反馈函数”等科研项目和课题。

主要著作有《计算机结构与逻辑设计》（教育部面向21世纪教材）、《在系统编程技术及其应用》（教育部科技进步二等奖），主编过《CPLD电路设计技术入门到应用》、《大学生电子设计竞赛赛题解析》，参编过《综合电子设计与实践》、《脉冲与数字电路习题题解》等。

教材简介:

全国第一本介绍现代数字电子系统中使用的在系统编程技术的教材。内容分三篇，第一篇介绍PLD的工作原理、分类，着重介绍现场可编程CPLD的原理、特点、发展趋势，及其与现场可编程门阵列（FPGA）的比较和选用。在ISPLSI器件的开发与编程一章中除介绍ISP器件的设计流程外，还对逻辑电路的语言（ABEL）描述方法、Synario的源文件格式以及如何编写测试向量文件和调用宏器件作了介绍；在VHDL语言一章中介绍了VHDL语言的基本知识及其应用实例。第二篇为在系统编程实习，主要介绍ISP Synario System开发工具的使用，分别提供了组合电路和时序逻辑电路设计实例和若干设计课题。第三篇在介绍适合PLD的逻辑设计技巧的基础上重点介绍数字系统自顶向下的模块化设计方法，并提供了设计实例和课题。附录则对Lattice系统库中宏器件的名称、格式和功能作了必要的说明。

本书是大专院校电子类专业开设有关选修课、实验课、数字系统课程设计等课程以及进行企业培训的合适教材。也可作为从事电子产品开发和生产的工程技术人员以及其他应用电子技术的科研人员学习、掌握在系统编程技术的参考书。

教材的主要特色与创新点:

1.不是针对某个公司的ISPCPLD产品编写，而是综合从PROM、PAL、GAL、EPLD直至CPLD与FPGA等各类PLD器件的演变过程，通过一些典型电路简明扼要、深入浅出、由浅入深地介绍了可编程逻辑器件的发展过程及各类器件的优、缺点，各自适用的场合，如何选用PLD的方法，主线分明。

2.简单明了地介绍ISP器件的设计流程、测试向量文件编写、宏器件调用等设计基本技巧，对逻辑电路的语言描述则主要介绍其基本知识，不涉及难、偏的内容，因而易教易学，可使读者尽快掌握设计要领。

3.在介绍适合PLD的逻辑设计技巧的基础上，通过对一个设计实例的解析介绍了数字系统自顶向下的模块化设计方法，使得对CPLD和ISP技术的应用进入综合性和设计性的较高层次。

4.包含一个自制实验板的资料和使用方法，帮助读者自建下载实验设备。

教材使用情况:

东南大学所有电子设计自动化（EDA）课程、数字系统课程设计和对外举办的ISP技术培训班等多使用本书作为教材，学生由此掌握的EDA技术，已在后续课程、毕业设计和毕业后的工作中发挥重要作用。

先后有北京理工大学、合肥工业大学等十几所高校曾用作EDA课程的教材或参考书，发行量达2万余册，有些学校目前仍在使用（每年销量约2千册），先后有数十本关于EDA和PLD的教材和论文将本书引为参考资料。

教材建设总结:

1.教材建设的必要性和基础条件

复杂可编程逻辑器件（CPLD）与在系统编程（ISP）技术是上世纪90年代中期问世的最先进的逻辑器件与编程技术，由于CPLD的出现，人们可以在实验室内现场制造专用集成电路（ASIC），从而使电子设计自动化（EDA）现实可行，而在系统编程（ISP）技术更是改变了电子技术先设计后安装的模式，使得硬件设计制作可以像软件设计一样方便易行，不啻是EDA领域的一场革命，高等学校理应尽快地将它们纳入教学内容。但在作者开始写作本书（第一版）时，我国广大高校教师对CPLD和ISP技术还不甚了解，而与本书同期出版的几本有关CPLD的书都属产品手册类，不适合作为教材，因此编写一本能有助于推广ISP技术，又适合高校教学的教材成为当务之急。

作者于90年代初期接触EPLD（可改写的可编程逻辑器件），并在国内率先将此高密度可编程逻辑器件（HPLD）引入本科教学和实验，先后编写了多本讲义和实验指导书，还在校内外举办过数次培训班。1995年作者接触CPLD和ISP技术，随即在教学与实验中用更先进的CPLD代替了EPLD，编写了新讲义《在系统编程（ISP）技术与数字系统设计》，设计制作了国内第一块实验底板，也开办过相关的培训班和使用此技术参加过一些零星的科研活动，经过近2年的教学实践，积累了较丰富的经验，为编写本教材奠定了较厚的基础。

2.编写宗旨与策略

正因为CPLD和ISP技术在我国还刚刚兴起，在电子行业中应用还不普遍，因而本书的写作宗旨就确定为“使高校学生通过学习本书能对CPLD这种全新的器件和ISP这种全新的设计方法有足够的了解并能简单地使用”。为达此目的，采取了以下策略:

（1）叙述CPLD原理由浅入深、循序渐进

本书不像其他相关书籍那样一开始就直接详细地介绍某个公司的某个CPLD产品，而是从比较容易被学生理解接受，并已开始为广大教师所熟悉的可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）入手，到当时还知之甚少的EPLD、FPGA（现场可编程门阵列），直至全新的CPLD和ISP技术，选取它们中的典型的电路或局部电路（涉及几家公司的产品），着重分析它们之间一步一步地进化、演变的过程，介绍它们各自的优、缺点，如此由浅入深、循序渐进，可使学生较轻松地对CPLD器件从总体上有所了解，从而能正确地选用。

（2）只介绍基本的硬件描述语言（HDL）

本、专科的学生学习了关于CPLD和ISP的课程以后只能初步掌握ISP方法，若要熟练使用，必须在实际工作中反复地使用和不断地揣摩，所以，本书对其设计工具——硬件描述语言的介绍偏于基础，只介绍那些常用的词语、符号和法则，不常使用的则从略，这样可以使学生学习的难度降低，反而更有助于他们迅速地掌握设计的基本方法，但对语言的选择却一定要保证其先进、实用，凡过时的或不很方便的则予以摒弃。我们在第一版所采用的语言不及VHDL语言流行，因而第一版发行不到2年，就予以改版，采用VHDL语言。

（3）重视语言的综合运用

学习CPLD设计方法的最终目的在于能用它来设计一个数字系统。一般关于HDL的教科书或手册通常只介绍某些功能器件，例如译码器、计数器，以及组合电路、时序机的设计方法。显然，仅仅接受这些内容，学生将不能完整、综合地使用VHDL。为此，本书用三分之一的篇幅介绍数字系统设计，这既是数字电子技术课程的需要，也为VHDL的应用提供了广阔的天地，因为我们采用的以算法状态机为核心的自上而下的设计方法，将涉及无现成器件可用，必须自行设计的控制器，而设计控制器所使用的有限状态机方法是非系统课题中很难遇到的。在编写时围绕一个实际例题进行，着重对方案的讨论和实现方法的阐述。此外，教材还设计了8个饶有趣味，有一定深度但保证能在当时的条件下实现的题目供该课程的教师和学生选用。

（4）引入实验装置

多年实践表明，对CPLD的设计、编程，如仅仅完成逻辑模拟，而不下载并实地进行实验，学生将对CPLD的硬件本质没有感性认识，体会就不深，而从逻辑模拟到下载实验，还有一定的距离，学生从此过程中还能学到很多有益的东西，尤其对于实际动手能力的提高有很大的帮助。为了帮助开始建立此课程的学校创造下载实验的条件，应当推荐某个实验装置。为此，我们在教材中介绍了我们所研制的实验箱的工作原理、框架结构、元器件参数和使用方法，供有关高校教师和学生参考。

3.教材建设的过程

本书初版于1997年，是在讲义《在系统编程（ISP）技术与数字系统设计》的基础上编写的，出版以后很受读者欢迎。由于CPLD和ISP技术的变化日新月异，自其出版之日起，有些内容已经显得落后了，因此出版后即开始筹备第二版的编写工作。

在编写过程中我们一方面查阅美国Lattice公司、Xilinx公司、ATMAL公司、Actel公司的数据手册和宣传材料，对他们所生产的产品的电路、技术指标作了详细的分析和对比，选取合适的素材，加以综合整理，并加进作者对这些器件的认识和体会；参考各公司自己的开发系统和自己开发的专用HDL语言，如Lattice公司的Synario等以及IEEE定为标准的VHDL和Verilog的使用手册和有关资料；另一方面，征求教研组，特别是实验室从事ISP实验指导和进行实验箱改进的老师的意见和建议，吸取他们在设计、调试和下载过程中的经验和教训，最后于1998年确定了编写大纲，由高礼忠老师撰写关于VHDL的部分，由黄正瑾老师撰写其余部分并负责全书统稿工作。

本书第二版于1999年经东南大学出版社出版责任编辑张克编辑正式出版。

4.教材的使用效果与影响

本教材所含知识丰富，阐述深入浅出，易教易学，便于自学，学生学习过以后，不仅掌握了关于CPLD、FPGA的基本知识，还学会了用ISP技术设计数字电路和数字系统，在随后的“数字系统课程设计”和其他相关课程毕业设计中，以及部分学生在毕业后从事的相关技术工作中均发挥了很大的作用。

由于本书是国内出版的第一本关于ISP的教材，在全国的影响很大，先后有北京理工大学、合肥工业大学等数十所高校曾用本书作为EDA课程的教材或参考书，发行量达2万余册，有些学校目前仍在使用（每年销量约2千册），本书出版一、二年后，同类教材如雨后春笋般涌现，其中很多都将本书引为参考书（在2002年申请教育部科技进步奖时所列书名就达十余本），也有很多科技和教学论文引为参考资料，说明本书在推广CPLD和ISP技术园地里起到了报春花的作用。