高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字逻辑与EDA设计实验指导书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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丁磊，江志文，张海笑 编

图书标签:

• 数字逻辑
• EDA设计
• 实验指导
• 电子与通信工程
• 高等教育
• 教材
• 十二五规划
• 数字电路
• 集成电路
• 逻辑设计

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560628523

版次：1

商品编码：11152630

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-08-01

用纸：胶版纸

页数：184

字数：280000

正文语种：中文

内容简介

　　《高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字逻辑与EDA设计实验指导书》是《数字逻辑与EDA设计》的配套用书。《高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字逻辑与EDA设计实验指导书》共分5章：第1章主要介绍自主研发的能完全满足本课程实验需求的实验箱；第2章介绍基于实验箱的数字逻辑基本实验；第3章介绍基于实验箱的数字逻辑综合实验；第4章介绍数字逻辑基础设计、仿真及在实验箱上进行验证；第5章介绍数字逻辑综合设计、仿真及验证。书的最后还有T3个附录，分别为ActelA3P030芯片资料、基于ActelA3P030的FPGA核心板引脚对应表以及FPGA扩展实验板设计说明。《高等学校电子与通信工程类专业“十二五”规划教材：数字逻辑与EDA设计实验指导书》适合计算机、信息、自动化、电子专业的本科生、研究生及从事数字电路设计的工程人员使用。

内页插图

目录

第1章 DIGILOGIC-2011实验箱
1.1 实验箱的性能特点
1.2 实验箱的技术指标
1.3 实验箱介绍
1.3.1 实验箱的组成
1.3.2 实验箱及电路板外观
1.3.3 实验箱的电路板标注
1.3.4 数码管电路模块说明
1.3.5 段式LED显示驱动板
1.3.6 FPGA扩展实验板设计
1.4 实验箱使用说明

第2章 基于实验箱的数字逻辑实验
2.1 基本门电路
2.1.1 实验目的
2.1.2 实验仪器及器件
2.1.3 实验原理
2.1.4 实验内容
2.1.5 实验报告要求
2.2 门电路综合实验
2.2.1 实验目的
2.2.2 实验仪器及器件
2.2.3 实验内容
2.3 组合逻辑电路
2.3.1 实验目的
2.3.2 实验仪器及器件
3.3.3 实验内容
2.3.4 实验报告要求
2.4 时序逻辑电路
2.4.1 实验目的
2.4.2 实验仪器及器件
2.4.3 实验内容
2.4.4 实验报告要求

第3章 数字逻辑综合实验
3.1 组合逻辑综合实验
3.1.1 实验目的
3.1.2 实验仪器及器件
3.1.3 实验内容
3.2 时序逻辑综合实验
3.2.1 实验目的
3.2.2 实验仪器及器件
3.2.3 实验内容

第4章 数字逻辑基础设计仿真及验证
4.1 基本门电路
4.1.1 实验目的
4.1.2 实验环境及仪器
4.1.3 实验内容
4.1.3 实验步骤
4.1.5 实验报告要求
4.2 组合逻辑电路
4.2.1 实验目的
4.2.2 实验环境及仪器
4.3.3 实验内容
4.2.4 实验步骤
4.2.5 实验报告要求
4.3 时序逻辑电路
4.3.1 实验目的
4.3.2 实验环境及仪器
4.3.3 实验内容
4.3.4 实验步骤
4.3.5 实验报告要求

第5章 数字逻辑综合设计仿真及验证
5.1 基于VerilogHDL的组合逻辑综合实验
5.1.1 实验目的
5.1.2 实验环境及仪器
5.1.3 实验内容
5.2 基于VerilogHDL的时序逻辑综合实验
5.2.1 实验目的
5.2.2 实验环境及仪器
5.2.3 实验内容
附录A ActeIA3P030芯片资料
附录B 基于ActeIA3P030的FPGA核心板引脚对应表
附录C FPGA扩展实验板设计说明
参考文献

前言/序言

《数字逻辑与EDA设计实验指导书》 前言 在信息技术飞速发展的时代，数字逻辑与EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）设计已成为电子与通信工程领域的核心基础。本实验指导书旨在为高等学校电子与通信工程类专业的学生提供一套系统、全面、实践性强的实验教学内容，以深入理解和掌握数字逻辑的基本原理，并熟练运用EDA工具进行电子系统的设计与实现。 本指导书紧密结合“十二五”期间我国高等教育改革和电子信息产业发展的需求，以培养具备创新能力和工程实践能力的高素质人才为目标。实验内容涵盖了数字逻辑设计的基础概念、关键技术以及现代EDA工具的应用，力求将理论知识与实际操作紧密结合，帮助学生建立扎实的理论基础，同时锻炼解决实际工程问题的能力。 第一章 绪论 本章将引导学生认识数字逻辑在现代电子系统中的重要地位，了解数字电路的基本概念，并介绍EDA技术在电子设计流程中的关键作用。 1.1 数字逻辑基础：数字信号与模拟信号的根本区别，数字系统的基本组成单元（门电路、触发器等）及其逻辑功能。 1.2 EDA技术概述：EDA的定义、发展历程、主要EDA工具及其在电子设计中的应用范围（逻辑综合、布局布线、仿真验证等）。 1.3 实验目的与要求：阐述通过本实验指导书的学习，学生应达到的知识和技能目标，包括理解数字逻辑基本原理，掌握EDA工具的基本操作，能够独立完成小型数字电路的设计与验证。 1.4 实验环境与注意事项：介绍实验所需的硬件设备（如FPGA开发板、逻辑分析仪等）和软件工具（如Quartus Prime, Vivado等），强调实验过程中应遵守的安全规范和操作流程。 第二章 组合逻辑电路设计与实验 本章将深入讲解组合逻辑电路的设计方法，并通过实验巩固理论知识，培养学生运用EDA工具进行组合逻辑电路设计的技能。 2.1 逻辑代数基础：布尔代数的基本公理、定理，逻辑函数的表示方法（真值表、卡诺图、逻辑表达式）。 2.2 常用逻辑门电路：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门的逻辑功能、电路图及集成实现。 2.3 组合逻辑电路的分析与设计： 基本组合逻辑模块： 加法器/减法器： 半加器、全加器、多位加法器/减法器，逻辑电路设计与Verilog HDL描述。 译码器与编码器： 3-to-8译码器、8-to-3编码器，BCD码转7段数码管显示译码器。 多路选择器（MUX）与多路分配器（DEMUX）： 2选1、4选1、8选1多路选择器，1选2、1选4、1选8多路分配器。 比较器： 1位、多位比较器，用于判断两个数字的大小关系。 逻辑函数化简： 利用卡诺图或Quine-McCluskey方法化简逻辑函数，实现电路的优化。 EDA工具流程： RTL（Register Transfer Level）代码编写： 使用Verilog HDL或VHDL语言描述组合逻辑功能。 逻辑综合（Synthesis）： 将RTL代码转换为门级网表。 功能仿真（Functional Simulation）： 验证设计的功能是否正确。 时序仿真（Timing Simulation）： 考虑门延迟等因素，验证电路的时序性能。 2.4 实验项目示例： 实验一：基本逻辑门电路功能验证。 使用EDA工具仿真，搭建基本逻辑门电路，观察其输出波形。 实验二：四位二进制加法器设计。 使用Verilog HDL设计一个四位二进制加法器，并通过仿真验证其正确性。 实验三：8选1多路选择器设计。 实现一个8选1多路选择器，并测试其选择不同输入时的输出。 实验四：BCD码至7段数码管译码器设计。 设计并仿真一个将BCD码转换为7段数码管显示信号的译码器。 实验五：组合逻辑电路FPGA实现。 将设计的组合逻辑电路下载到FPGA开发板，并进行实际测试。 第三章 时序逻辑电路设计与实验 本章将重点介绍时序逻辑电路的原理和设计方法，包括触发器、寄存器、计数器以及状态机的设计，并结合EDA工具进行实现。 3.1 时序逻辑电路基础：时序逻辑电路的特点（具有记忆功能）、状态、时钟信号的作用。 3.2 触发器（Flip-Flop）： 基本触发器： SR触发器、JK触发器、D触发器、T触发器。 带有时钟的触发器： 时钟触发SR、JK、D、T触发器。 主从触发器： 如74LS74（双D触发器）。 触发器的状态转移图与状态方程。 3.3 寄存器（Register）： 并行输入/并行输出寄存器（PISO）： 用于存储一组并行数据。 串行输入/并行输出寄存器（SIPO）： 如移位寄存器。 并行输入/串行输出寄存器（PISO）： 如移位寄存器。 串行输入/串行输出寄存器（SISO）： 如移位寄存器。 读写存储器（RAM）基础概念。 3.4 计数器（Counter）： 异步计数器（行波进位计数器）： 优点与缺点。 同步计数器： 优点与缺点。 进制计数器： 二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）。 加法计数器与减法计数器。 可预置计数器。 3.5 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： 状态机模型： Mealy模型与Moore模型。 状态机设计流程： 状态定义与状态图绘制： 描述系统所有可能的状态及其之间的转移。 状态编码： 为每个状态分配唯一的二进制码。 状态方程和输出方程推导。 逻辑电路实现。 EDA工具流程： RTL代码编写： 使用Verilog HDL或VHDL描述状态机的逻辑。 状态机综合： EDA工具能够自动识别和综合状态机。 仿真验证： 验证状态机的正确工作。 3.6 实验项目示例： 实验六：D触发器与JK触发器仿真。 学习触发器的操作，观察不同输入信号下的状态变化。 实验七：8位并行寄存器设计。 实现一个8位并行寄存器，学习数据的存储和读取。 实验八：4位二进制同步加法计数器设计。 设计并仿真一个4位二进制同步加法计数器，观察其计数过程。 实验九：交通灯控制器设计（基于有限状态机）。 设计一个简单的交通灯控制器，通过状态机模型实现不同灯光模式的切换。 实验十：移位寄存器设计与应用。 实现一个功能完备的移位寄存器，并探索其在数据传输中的应用。 实验十一：时序逻辑电路FPGA实现。 将设计的时序逻辑电路下载到FPGA开发板，并进行实际功能测试。 第四章 PLD（Programmable Logic Device）与FPGA（Field Programmable Gate Array）设计 本章将介绍可编程逻辑器件（PLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本原理，以及如何利用EDA工具进行基于PLD/FPGA的设计。 4.1 PLD概述：CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA的定义、结构特点、应用领域。 4.2 FPGA体系结构：逻辑单元（Logic Elements/Cells）、可编程互连资源（Programmable Interconnect）、输入/输出块（I/O Blocks）、时钟管理单元（Clock Management Tiles）、嵌入式存储器（Embedded Memory）等。 4.3 FPGA开发流程： 需求分析与设计规划。 RTL代码编写（Verilog HDL / VHDL）。 仿真验证。 综合（Synthesis）。 映射（Mapping）与布局布线（Place and Route）。 时序约束（Timing Constraints）与时序分析（Timing Analysis）。 生成配置文件（Bitstream Generation）。 下载与调试。 4.4 常用EDA工具介绍： Xilinx Vivado / ISE： 介绍其主要功能模块、操作流程。 Intel Quartus Prime： 介绍其主要功能模块、操作流程。 模型仿真工具： 如ModelSim / QuestaSim。 4.5 实验项目示例： 实验十二：FPGA开发环境熟悉。 学习EDA软件的安装、工程创建、基本功能模块的查找与使用。 实验十三：FPGA引脚分配与LED闪烁。 将简单的逻辑功能（如LED闪烁）下载到FPGA，并学会配置引脚。 实验十四：基于FPGA的数码管显示。 利用FPGA驱动数码管显示特定内容，巩固组合逻辑和FPGA实现。 实验十五：基于FPGA的简单通信协议实现。 例如，UART（通用异步收发传输器）发送/接收模块的设计与实现，将理论知识应用于实际通信。 实验十六：IP核（Intellectual Property Core）的应用。 学习使用FPGA厂商提供的IP核，如RAM、PLL（Phase-Locked Loop）等，提高设计效率。 第五章 高级数字逻辑与EDA技术 本章将介绍更复杂、更贴近实际工程应用的数字逻辑设计技术，以及EDA工具的高级应用。 5.1 同步设计原则：时钟域、时钟同步、时钟偏移、时钟抖动对电路性能的影响。 5.2 异步复位与同步复位：两种复位方式的原理、优缺点及选择。 5.3 亚稳态（Metastability）现象及其解决方法：跨时钟域信号处理，如单比特、多比特同步器。 5.4 握手协议（Handshake Protocol）：在不同模块或不同时钟域之间进行数据交换时，如何确保数据传输的可靠性。 5.5 处理器接口设计基础：简单CPU与外设的接口方式，如数据总线、地址总线、控制信号。 5.6 低功耗设计与可测试性设计（DFT）简介。 5.7 信号完整性与电源完整性基础概念。 5.8 仿真技术的深入应用：覆盖率分析、形式验证（Formal Verification）简介。 5.9 实验项目示例： 实验十七：跨时钟域信号同步。 设计并测试一个能够安全地在两个不同时钟域之间传输信号的同步器。 实验十八：简单的AXI/AHB总线接口设计。 学习和实现一种标准总线协议，为后续更复杂的系统集成打下基础。 实验十九：UART通信模块设计与FPGA实现。 实际设计一个UART发送/接收模块，并验证其与PC的通信能力。 实验二十：基于EDA工具的功耗分析与优化。 了解EDA工具提供的功耗分析功能，并尝试优化设计以降低功耗。 第六章 综合设计项目 本章将提供一些综合性的设计项目，要求学生综合运用前几章所学的知识和技能，独立完成一个相对完整的数字系统设计。 项目一：一个小型数字信号处理（DSP）系统。 例如，简单的FIR（有限冲激响应）滤波器设计，包括输入数据的采集、滤波算法的实现、输出数据的显示。 项目二：一个小型嵌入式系统原型。 集成一个简单的微控制器（如RISC-V核）与外设，实现基本的数据处理或控制功能。 项目三：一个简化的网络通信模块。 例如，一个TCP/IP协议栈的简易实现（如MAC层、IP层），用于网络数据传输。 附录 Verilog HDL / VHDL 语言基础语法回顾。 常用EDA工具命令与快捷键。 常见数字逻辑芯片及其功能简介。 实验报告模板。 结束语 本实验指导书的编写旨在为学生提供一条清晰的学习路径，从数字逻辑的基础理论，到现代EDA工具的应用，再到复杂的系统设计。通过大量的实验项目，我们希望学生能够深入理解数字逻辑的精髓，掌握EDA设计的方法，为未来在电子与通信工程领域的学习和工作奠定坚实的基础，成为新一代的优秀工程师。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚进入大学，对电子信息工程专业充满好奇的大二学生，我怀揣着对未来学习的憧憬，翻开了这本《数字逻辑与EDA设计实验指导书》。初拿到书时，厚实的手感和封面简洁大气的设计便给我留下了深刻印象。我最期待的是书中关于数字逻辑基础知识的讲解，尤其是那些抽象的逻辑门、组合逻辑和时序逻辑的概念，我希望能够通过这本书的学习，构建起扎实的理论基础。我一直对如何将这些理论知识转化为实际的电路设计感到兴奋，所以，书中的EDA（电子设计自动化）部分尤其吸引我。我希望能详细了解EDA工具的强大之处，例如如何使用它进行电路仿真，验证设计是否符合预期，以及如何通过EDA工具进行逻辑综合，将高层次的描述转化为具体的门电路连接。我非常期待书中能够提供清晰易懂的步骤和实例，让我能够一步步地掌握这些关键技能，为我后续更深入的学习和项目实践打下坚实的基础。同时，我也希望这本书能够引导我理解数字系统设计的整个流程，从需求分析到最终实现，能够有一个全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

已经在大四阶段，开始为毕业设计和未来的职业生涯做准备的我，拿到这本《数字逻辑与EDA设计实验指导书》，更多的是抱着一种“查漏补缺”和“提升实战能力”的心态。在过去的学习中，我对数字逻辑的理论知识已经有了一定的了解，但总觉得在实际的设计过程中，对于EDA工具的应用还不够熟练，对于如何将复杂的系统分解成模块，以及如何进行高效的调试和优化，还有很大的提升空间。我希望这本书能够提供一些高级的EDA设计技巧和方法，例如关于状态机设计、流水线技术、低功耗设计以及时序约束的设置等。我期待书中能够有一些具有挑战性的实验项目，能够引导我进行一些更复杂的数字系统设计，比如简单的微处理器核、数据通路的设计，或者接口电路的设计。我希望通过对这些项目的深入学习和实践，能够提升我对大规模数字集成电路设计流程的理解，并掌握一些实用的调试和问题排查技巧，为我今后从事集成电路设计、嵌入式系统开发等相关工作做好准备。

评分☆☆☆☆☆

我在电子与通信工程领域已经工作了几年，深刻体会到扎实的数字逻辑基础和熟练的EDA设计能力对于职业发展的关键性。因此，我拿到这本《数字逻辑与EDA设计实验指导书》，更多的是希望能够巩固和深化我的专业知识，并学习一些前沿的设计理念和工具应用。我希望书中能够提供一些关于数字逻辑理论的最新进展和应用案例，例如在高速数字信号处理、嵌入式系统设计等方面的最新技术。同时，我对EDA设计部分的期望非常高，我希望能够学习到更高级的HDL编程技巧，以及如何利用EDA工具进行性能优化，例如时序收敛、功耗降低和面积优化等。我也期待书中能够介绍一些最新的EDA工具和技术，或者提供一些在实际工程项目中常用的设计模式和最佳实践。我希望通过阅读和实践这本书的内容，能够进一步提升我的专业技能，更好地应对工作中遇到的复杂挑战，并为我的职业生涯发展注入新的动力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名即将步入大三，开始接触专业课程的学生，我对《数字逻辑与EDA设计实验指导书》的期待更多地集中在理论与实践的结合上。我深知，枯燥的理论知识若没有实际的动手操作作为支撑，很容易变得空洞无物。因此，我特别希望这本书能够提供丰富的实验项目，并且这些实验项目能够紧密围绕数字逻辑的核心概念展开。例如，我期待能够通过实验亲手搭建简单的组合逻辑电路，如编码器、译码器，以及时序逻辑电路，如触发器、计数器，并能通过EDA工具对其进行仿真和验证。更重要的是，我希望实验指导书能够详细地介绍如何使用EDA软件进行设计输入，包括原理图输入和硬件描述语言（HDL）编程，以及如何进行逻辑仿真、时序分析和综合，最终生成可下载到FPGA（现场可编程门阵列）或其他硬件平台上的配置文件。我期望书中的实验设计能够循序渐进，难度逐步提升，让我能够从易到难，逐步掌握数字系统设计的复杂性，并从中获得解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名曾经在其他领域学习过一些基础电子知识的学生，转入电子与通信工程专业后，我对《数字逻辑与EDA设计实验指导书》抱有学习新知识和拓宽视野的期望。我了解数字逻辑是电子信息领域的基础，掌握它对于理解现代电子设备的工作原理至关重要。我希望这本书能够以一种更加系统和深入的方式，介绍数字逻辑的各个方面，从最基本的门电路开始，逐步过渡到复杂的逻辑电路和时序系统。同时，我尤其对EDA设计部分感到好奇，因为我知道EDA工具是现代电子设计不可或缺的利器，它极大地提高了设计效率和可靠性。我希望书中能够详细讲解如何使用主流的EDA工具，如Vivado或Quartus，进行电路的设计、仿真和实现。我希望通过这本书的学习，能够让我摆脱对“黑箱”的依赖，能够真正理解电路的工作原理，并能够独立地完成一些简单的数字电路设计任务，为我未来在通信系统、信号处理等方向的学习打下坚实的基础。