隨著計算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著FPGA（現(xiàn)場可編輯程門陣列）及其硬件描述語言的使用頻率不斷增高，傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)及實驗已不能適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展。
本書是為“數(shù)字電路”課程編寫的基于FPGA平臺的實驗教材，宗旨是希望能在傳統(tǒng)實驗和計算機(jī)輔助設(shè)計工具的實際應(yīng)用之間提供一種恰到好處的平衡，主要內(nèi)容由基于傳統(tǒng)實驗平臺實驗＋基于FPGA平臺實驗兩部分共同組成�；�于傳統(tǒng)實驗平臺的驗證性實驗選取的是經(jīng)典的傳統(tǒng)試驗，其難度循序漸進(jìn)，直觀形象，符合學(xué)生的認(rèn)知梯度，由學(xué)生分別在2～3周內(nèi)完成，作為基本技能訓(xùn)練。基于FPGA平臺實驗運用計算機(jī)輔助設(shè)計工具,可以讓學(xué)生了解自動化設(shè)計技術(shù)的優(yōu)點與趨勢。這個部分結(jié)合理論課程基本概念設(shè)計了許多由簡到難的漸進(jìn)式實驗項目。這些項目涉及一些簡單的電路設(shè)計,我們用原理圖或硬件語言文本方式均可完成這些電路的設(shè)計。在基本概念建立起來之后,教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握項目的實現(xiàn)方法，了解電路的多樣性及可移植性，后期可以很方便地拓展實現(xiàn)一些比較復(fù)雜的案例，甚至進(jìn)行自主創(chuàng)新性設(shè)計，這是傳統(tǒng)實驗很難實現(xiàn)的。
本書使用的FPGA平臺實驗主要采用基于Xilinx Artix 7系列芯片的Basys3板卡或者EGo1開發(fā)板，當(dāng)然選其他的FPGA開發(fā)板也是可以的。
本書中使用的計算機(jī)輔助設(shè)計工具即開發(fā)軟件是Xilinx公司的Vivado軟件。Vivado能自動地把設(shè)計映射到Xilinx公司的FPGA中。學(xué)生可以進(jìn)行功能仿真,也可以對最終電路進(jìn)行詳細(xì)的時序仿真。如果仿真成功，下載后可以在真實的芯片中實現(xiàn)設(shè)計。
Vivado提供了兩種設(shè)計輸入工具:硬件描述語言(HDL)和電路原理圖。在本書中,第3章提供了電路原理圖輸入設(shè)計的大量例子。FPGA 開發(fā)流程比較復(fù)雜，加之Vivado軟件純英文的界面，這對大二的學(xué)生來說都是不可小視的難點。如果實驗可以繞開硬件描述語言，調(diào)用IP核，只做電路原理圖，那么這對于課時緊張的學(xué)校是一種可行的選擇。但是不能回避基于硬件描述語言的設(shè)計,因為這種方法在實際應(yīng)用中效率最高。本書第4章詳細(xì)地描述了基于Verilog語言的大量實驗案例，相信學(xué)生掌握了這些，可以了解現(xiàn)代數(shù)字電路的設(shè)計方法,為成為數(shù)字電路設(shè)計師打下堅實的基礎(chǔ)。本書主要內(nèi)容如下。
第1章介紹實驗硬件平臺和軟件平臺，使同學(xué)們快速認(rèn)識并使用平臺。
第2章保留了三個傳統(tǒng)實驗，測試實物芯片參數(shù)指標(biāo)，使同學(xué)們對芯片有直觀的認(rèn)識，完成基礎(chǔ)型實驗。
第3章為IP核調(diào)用，用原理圖輸入法、HDL語言零基礎(chǔ)完成綜合設(shè)計型實驗。這部分是整本書的核心部分，不光有三變量表決電路、四路競賽搶答器這樣的單一實驗，更有數(shù)字鐘這樣的大型完整案例。這里，數(shù)字鐘案例被拆分成顯示譯碼、計數(shù)器、二進(jìn)制計數(shù)器顯示等由簡到難的實驗項目。
第4章給出第3章對應(yīng)實驗的Verilog代碼，供同學(xué)們學(xué)習(xí)，在理解的基礎(chǔ)上修改代碼完成對應(yīng)綜合設(shè)計型實驗。這章由容易理解的實驗案例入手，弱化HDL語法，同學(xué)們不再感到枯燥乏味，而是覺得水到渠成。當(dāng)然這部分也給出了有限狀態(tài)機(jī)三進(jìn)程模板，以供同學(xué)們完成對應(yīng)拓展創(chuàng)新型實驗。
教學(xué)中，本書中的所有實驗可以在一個學(xué)期內(nèi)完成；如果課時不夠，實驗也可以在半個學(xué)期內(nèi)完成 (只講解第1～3章，不講解第4章)。當(dāng)然，本書不僅適用于“數(shù)字電路”課程，還適用于一般的EDA（電子設(shè)計自動化）設(shè)計課程。
本書的編寫工作，在Xilinx大學(xué)計劃的支持下進(jìn)行，獲得了大量的軟硬件平臺資料，西南民族大學(xué)電子教研室亦給予了很多幫助，在此一并表示感謝。本書第1章、附錄由肖建平執(zhí)筆，第2章由楊麗執(zhí)筆，第3章、第4章由王術(shù)群執(zhí)筆。全書由王術(shù)群統(tǒng)稿。
由于編者水平有限，書中難免有疏漏之處，請讀者提出寶貴意見，以便于本書修訂和完善。