EDA技術及實驗教程/普通高等教育“十二五”規劃教材，電子信息科學與工程類專業規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

範鞦華 編

圖書標籤:

• EDA技術
• EDA實驗
• 電子信息科學與工程
• 電路設計
• 數字電路
• Verilog
• FPGA
• VHDL
• 可編程邏輯器件
• 教學教材

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121246951

版次：1

商品編碼：11652611

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十二五”規劃教材 ，

開本：16開

齣版時間：2015-01-01

用紙：輕型紙

頁數：204

正文語種：中文

編輯推薦

　　《EDA技術及實驗教程/普通高等教育“十二五”規劃教材，電子信息科學與工程類專業規劃教材》是在第一版的基礎上並結閤教育部優秀工程師培養計劃的要求，對內容重新進行的梳理，共分為7章，繼續保持瞭上版內容全麵係統、簡明易懂、循序漸進、原理與應用緊密結閤的特色，修改瞭部分章節，並增加瞭一些新內容。比如，第2章增加物聯網的相關知識及應用等，第4、5、6、7章增加相關技術的應用實例及設計方案等。

內容簡介

　　本書實驗內容由淺入深，分為基本實驗、綜閤創新實驗、應用實例；每個實驗任務又分基本實驗內容和擴展實驗內容，便於學生自主開放式及分層次的綜閤創新學習。第1~2章介紹硬件知識，第3章介紹VHDL語言，第4章介紹基本實驗及軟件環境的使用，同時也鞏固瞭數字電路的基本知識。第5章為綜閤實驗，與傳統實驗不同的是，給齣瞭具體的思路及參考程序和所需硬件知識，便於沒有學習過EDA課程的學生一本在手，快速入門。第6章介紹4個應用實例。

作者簡介

範鞦華，青島大學電工電子實驗教學中心，副教授。主要從事數字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、EDA、電工學的理論與實驗教學。2014年5月獲全國電工電子基礎課程實驗教學案例設計競賽全國一等奬。

目錄

第1章 概述 1
1．1 EDA技術及其發展 1
1．2 EDA設計方法 3
1．3 可編程邏輯器件 5
1．4 硬件描述語言 6
1．5 可編程邏輯器件的未來 7
第2章 可編程邏輯器件 8
2．1 概述 8
2．1．1 PLD的發展 8
2．1．2 PLD的分類 9
2．2 簡單PLD原理 10
2．3 復雜PLD原理 12
2．3．1 CPLD結構與原理 12
2．3．2　FPGA結構與原理 14
2．4 選擇CPLD還是選擇FPGA 17
2．5 生産PLD的四大廠商 18
第3章 VHDL設計基礎 19
3．1 VHDL的基本組成 19
3．1．1 VHDL實體 20
3．1．2 VHDL結構體 21
3．1．3 VHDL庫 22
3．1．4 VHDL程序包 22
3．1．5 VHDL配置 24
3．2 VHDL的基本要素 24
3．2．1 VHDL的標識符 24
3．2．2 VHDL 的數據類型 25
3．2．3 VHDL的數據對象 29
3．2．4 VHDL的運算操作符 30
3．3　VHDL的基本語句 33
3．3．1 順序語句 33
3．3．2 並行語句 38
3．3．3 常用屬性描述語句 43
3．4 VHDL的子程序 44
3．4．1 過程 45
3．4．2 函數 46
習題 47
第4章 基礎實驗 48
4．1 初識VHDL 48
一、實驗目的 48
二、實驗任務 48
三、基本實驗條件 48
四、實驗原理 48
五、思考題 50
六、初識VHDL實驗報告 51
4．2 Quartus II 9．0環境的使用 53
一、實驗目的 53
二、實驗任務 53
三、基本實驗條件 53
四、實驗原理 53
五、實驗指導 63
六、思考題 64
七、Quartus II 9．0環境的使用實驗報告 65
4．3 原理圖的設計及層次化設計方法一 67
一、實驗目的 67
二、實驗任務 67
三、基本實驗條件 67
四、實驗原理 67
五、實驗指導 69
六、原理圖的設計及層次化設計方法一實驗報告 71
4．4 時序電路的設計及層次化設計方法二 73
一、實驗目的 73
二、實驗任務 73
三、基本實驗條件 73
四、實驗原理 73
五、實驗指導 75
六、時序電路的設計及層次化設計方法二實驗報告 77
4．5 宏功能模塊的使用 79
一、實驗目的 79
二、實驗任務 79
三、基本實驗條件 79
四、實驗原理 79
五、實驗指導 81
六、思考題 82
七、宏功能模塊的使用實驗報告 83
4．6 狀態機的設計 85
一、實驗目的 85
二、實驗任務 85
三、基本實驗條件 85
四、實驗原理 85
五、實驗指導 91
六、思考題 92
七、狀態機的設計實驗報告 93
第5章 綜閤實驗 95
5．1 基於FPGA的電子琴設計 95
一、實驗目的 95
二、實驗任務 95
三、基本實驗條件 95
四、實驗指導 95
五、特色創新 104
六、實驗注意事項 104
5．2 基於FPGA的MP3播放電路設計 104
一、實驗目的 104
二、實驗任務 104
三、基本實驗條件 105
四、實驗指導 105
五、特色創新 109
5．3　基於FPGA的VGA顯示 110
一、實驗目的 110
二、實驗任務 110
三、基本實驗條件 110
四、實驗指導 110
五、實驗任務 118
5．4 基於FPGA的音樂彩燈控製 118
一、實驗目的 118
二、實驗任務 118
三、基本實驗條件 118
四、實驗指導 118
五、實驗思考 125
5．5 基於FPGA的4×4矩陣鍵盤的識彆顯示 126
一、實驗目的 126
二、實驗任務 126
三、基本實驗條件 126
四、實驗指導 126
五、特色創新 130
六、實驗注意事項 130
5．6 基於FPGA的LED 掃描顯示 130
一、實驗目的 130
二、實驗任務 130
三、基本實驗條件 131
四、實驗指導 131
五、實驗內容 135
第6章 應用實例 136
6．1　基於FPGA的輸入輸齣接口 136
6．1．1　試驗原理、技術及方法 136
6．1．2 實驗思考及擴展 146
6．2 簡易數字信號傳輸性能分析儀 146
6．2．1 設計目標與要求 146
6．2．2　總體設計 147
6．2．3　各分支電路設計 148
6．2．4　EDA設計分析及程序設計 148
6．2．5　設計總結 151
6．3　數字電子鍾 151
6．3．1　設計思路 151
6．3．2　各模塊程序 152
6．3．3 數字電子鍾實現 155
6．4 可編程方波發生器（PWG）的設計 157
6．4．1 設計要求 157
6．4．2　設計思路 158
6．4．3　各模塊程序 159
6．4．4 整體實現 163
6．4．5 設計思考及改進 164
附錄A PS2鍵盤接口知識 166
附錄B GB2312簡體中文編碼錶 169
附錄C 基本指令和擴充指令 183
參考文獻 185

前言/序言

《EDA技術基礎與實踐：邁嚮高效電子係統設計》 前言 在當今飛速發展的電子信息時代，電子係統設計的復雜度和集成度不斷攀升。從掌上設備到高性能計算，再到物聯網和人工智能，一切都離不開精巧的電子設計。而EDA（Electronic Design Automation）技術，作為實現復雜電子係統設計的核心驅動力，其重要性不言而喻。它將繁瑣的手工設計轉化為高效、準確的自動化流程，極大地縮短瞭産品上市時間，降低瞭設計成本，並提升瞭電子産品的性能和可靠性。 本書旨在為電子信息科學與工程類專業的學生、初涉EDA領域的工程師以及對現代電子設計感興趣的研究者，提供一套全麵、係統且實用的EDA技術基礎知識與實踐指導。我們深知，理論的學習固然重要，但脫離實際的知識如同空中樓閣。因此，本書在講解EDA基本原理的同時，將重點放在實際操作與實驗訓練上，力求讓讀者在掌握核心概念的同時，能夠迅速將所學知識應用於實際的電路設計與驗證過程中。 本書內容覆蓋瞭EDA技術的核心領域，從基礎的數字邏輯電路原理，到硬件描述語言（HDL）的掌握，再到具體的EDA工具的使用，以及最後的高級應用和設計流程。我們力求內容由淺入深，循序漸進，確保讀者能夠穩步建立起紮實的EDA技術功底。 第一章：數字邏輯設計基礎迴顧與EDA引論 在深入探討EDA技術之前，有必要迴顧數字邏輯設計的基石。本章將梳理並鞏固讀者對組閤邏輯電路和時序邏輯電路的基本概念，包括門電路、觸發器、寄存器、計數器等核心組件的工作原理。我們將重點強調這些基本單元如何構建更復雜的數字係統，並為後續HDL語言描述這些邏輯提供基礎。 緊接著，我們將正式引入EDA（Electronic Design Automation）的概念。EDA不僅僅是計算機輔助設計（CAD）在電子領域的應用，它是一整套集成化的軟件工具和方法論，旨在自動化和優化電子係統的設計、仿真、驗證和物理實現過程。我們將探討EDA技術的發展曆程，理解其如何從最初的輔助工具演變為現代電子設計不可或缺的強大引擎。我們將分析EDA技術為電子設計帶來的顛覆性變革，包括設計效率的指數級提升、設計復雜度的極大增強、設計精度的顯著提高以及對創新設計的有力支撐。本章還將簡要介紹EDA軟件的主要分類，如原理圖輸入工具、仿真器、邏輯綜閤工具、布局布綫工具以及驗證工具等，為後續章節的學習鋪墊。 第二章：硬件描述語言（HDL）入門：Verilog HDL 硬件描述語言（HDL）是EDA技術的核心語言，它使得工程師能夠以文本化的方式描述硬件電路的行為和結構。Verilog HDL是業界最主流的HDL之一，以其靈活性和強大的描述能力而著稱。本章將為讀者開啓Verilog HDL的學習之旅。 我們將從Verilog HDL的基本語法開始，介紹其數據類型、運算符、賦值語句、過程塊（`always`塊、`initial`塊）以及模塊（`module`）的定義與實例化。重點將放在如何使用Verilog HDL描述組閤邏輯和時序邏輯電路。我們將通過大量的實例，演示如何將之前學習的數字邏輯電路轉化為Verilog HDL代碼，例如：用Verilog描述基本的邏輯門、加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器、鎖存器、D觸發器、JK觸發器等。 時序邏輯的設計是Verilog HDL的重點和難點。我們將深入講解如何使用`always @(posedge clk)`或`always @(negedge clk)`等時序邏輯敏感列錶來描述同步電路，並演示如何設計寄存器、移位寄存器、計數器（異步和同步）、有限狀態機（FSM）等。我們還將介紹Verilog HDL中的一些高級特性，如任務（`task`）、函數（`function`）、參數化設計（`parameter`）以及塊（`begin/end`）的使用，幫助讀者寫齣更模塊化、可重用性更高的代碼。 第三章：硬件描述語言（HDL）深入：Verilog HDL的高級特性與仿真 在掌握瞭Verilog HDL的基本語法後，本章將進一步深入講解Verilog HDL的高級特性，並著重介紹如何利用仿真器對設計的正確性進行驗證。 在設計部分，我們將探討如何進行層次化設計，通過模塊的實例化來構建復雜的係統。我們將介紹如何使用生成語句（`generate`）來實現參數化的設計和根據條件生成邏輯，這對於設計大規模並行結構非常有用。我們將講解如何使用`case`語句和`if-else`語句進行條件分支的描述，以及`for`循環和`while`循環在某些特定場景下的應用。 仿真（Simulation）是EDA設計流程中至關重要的一環，它允許我們在軟件環境中測試設計的邏輯功能，及時發現並糾正錯誤，避免在硬件實現後付齣高昂的修改成本。本章將介紹仿真流程，包括設計文件的編寫、 testbench（測試平颱）的編寫、仿真工具的調用以及仿真結果的分析。我們將詳細講解如何編寫有效的testbench，包括激勵信號的産生、時鍾信號的生成、復位信號的控製、狀態監測以及結果比對。讀者將學習如何使用Verilog HDL的係統任務（如`$display`, `$monitor`, `$time`等）來輸齣仿真信息，並瞭解如何通過波形查看器（Waveform Viewer）來直觀地分析仿真波形。我們將通過設計和仿真一個簡單的CPU控製器或數據通路來綜閤運用所學知識。 第四章：FPGA設計流程與開發環境 現場可編程門陣列（FPGA）是當前電子原型設計、中小批量生産以及許多特定應用領域最常用的硬件平颱。FPGA的設計流程與ASIC（Application Specific Integrated Circuit）設計流程在很多方麵是相似的，但FPGA提供瞭更高的靈活性和更低的開發門檻。本章將詳細介紹基於FPGA的EDA設計流程，並介紹主流的FPGA開發環境。 我們將首先介紹FPGA的基本結構，包括查找錶（LUT）、觸發器、布綫資源、DSP模塊、Block RAM等，理解FPGA如何通過配置內部資源來實現任意邏輯功能。然後，我們將詳細講解一個典型的FPGA設計流程： 1. 需求分析與設計規劃：明確設計目標和係統需求。 2. HDL代碼編寫：使用Verilog HDL（或VHDL）描述硬件功能。 3. 功能仿真：利用仿真工具驗證HDL代碼的邏輯功能。 4. 綜閤（Synthesis）：將HDL代碼轉換為門級網錶（Netlist），映射到目標FPGA器件的邏輯單元。我們將介紹綜閤工具的基本原理，以及如何通過約束文件（Constraints File）來影響綜閤結果。 5. 實現（Implementation）：包括布局（Place）和布綫（Route）。布局是將邏輯單元映射到FPGA的具體物理位置，布綫則是連接這些邏輯單元的連綫。我們將介紹這一過程的復雜性和對性能的影響。 6. 時序分析（Timing Analysis）：檢查設計是否滿足時序要求，如時鍾頻率、建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）等。 7. 生成比特流（Bitstream Generation）：將實現後的設計信息打包成FPGA配置文件。 8. 下載與硬件調試：將比特流下載到FPGA開發闆上，並在實際硬件上進行測試和調試。 本章還將介紹目前主流的FPGA開發環境，如Xilinx的Vivado（或ISE）和Intel（Altera）的Quartus Prime。我們將帶領讀者熟悉這些開發環境的界麵、基本操作流程，並演示如何創建一個項目，導入HDL文件，進行綜閤、實現，最終生成比特流並下載到開發闆。 第五章：FPGA實驗與實踐：從入門到進階 理論結閤實踐是掌握EDA技術的最佳途徑。本章將提供一係列精心設計的FPGA實驗，引導讀者將所學知識付諸實踐，逐步提升動手能力和設計水平。 實驗將從最基礎的LED閃爍、按鍵控製等簡單IO操作開始，讓讀者熟悉開發闆和開發環境的基本使用。隨後，我們將逐步挑戰更復雜的數字係統設計。 實驗一：基礎組閤邏輯實現：設計並實現一個簡單的算術邏輯單元（ALU），能夠執行加、減、與、或、非等基本邏輯運算。 實驗二：同步時序邏輯設計：設計並實現一個多功能計數器，支持加/減計數、預置值、清零等功能。 實驗三：有限狀態機（FSM）設計：設計並實現一個簡單的交通燈控製器，使用Moore或Mealy型狀態機。 實驗四：存儲器接口設計：學習如何利用FPGA內部的Block RAM實現一個簡單的RAM模塊，並進行讀寫測試。 實驗五：簡單通信接口實現：嘗試實現一個UART（通用異步收發器）發送/接收模塊，學習異步通信的基本原理。 實驗六：接口協議的實現與驗證：選擇一個簡單的協議，如I2C或SPI，學習其協議內容，並嘗試在FPGA上實現。 對於每個實驗，我們都將提供清晰的設計目標、HDL代碼示例、testbench編寫指導、仿真驗證方法以及在FPGA開發闆上的實現步驟。我們將強調在實驗過程中遇到的常見問題及解決思路，例如時序違例的分析與解決、綜閤優化技巧、邏輯衝突的排查等。通過這些實驗，讀者不僅能熟練掌握Verilog HDL的應用，更能深入理解FPGA的設計流程，並培養獨立解決復雜電子設計問題的能力。 第六章：EDA設計的進階主題與前沿應用 在掌握瞭EDA技術的基礎和FPGA實踐後，本章將目光投嚮EDA設計中的一些進階主題以及未來的發展方嚮，為讀者的進一步學習和職業發展提供指引。 我們將探討一些更高級的設計方法論，例如： IP核（Intellectual Property Core）的使用：理解IP核的概念，如何查找、集成和使用預設計的IP核（如高性能處理器、通信接口、DSP模塊等），以加速復雜係統的設計。 低功耗設計：在日益增長的移動和嵌入式應用中，低功耗設計至關重要。我們將介紹一些實現低功耗的EDA技術和設計策略，例如時鍾門控、電源門控等。 異步電路設計基礎：雖然同步設計是主流，但異步電路在某些特定場景下具有優勢。我們將簡要介紹異步電路的基本概念和設計方法。 驗證技術進階：除瞭功能仿真，還有更高級的驗證技術，如形式驗證（Formal Verification）、斷言（Assertions）、覆蓋率（Coverage）等，它們對於驗證大規模、高復雜度的係統至關重要。 此外，我們將展望EDA技術在當前熱門領域的前沿應用： SoC（System on Chip）設計：介紹SoC的架構和設計挑戰，以及EDA工具如何支持SoC的集成和驗證。 嵌入式係統設計：EDA技術在微控製器、DSP等嵌入式設備設計中的應用。 人工智能與機器學習硬件加速：例如FPGA在神經網絡推理、深度學習硬件加速器設計中的角色。 物聯網（IoT）設備設計：EDA技術如何支撐低功耗、高性能的IoT終端節點和網關的設計。 結語 EDA技術作為現代電子設計不可或缺的工具，其重要性日益凸顯。本書從數字邏輯基礎齣發，逐步深入到HDL語言、FPGA設計流程及實踐，旨在為讀者打下堅實的EDA技術基礎，並激發讀者對電子係統設計領域的探索熱情。我們鼓勵讀者在學習過程中，積極動手實踐，利用各種資源進行深入研究。願本書能成為您在EDA技術學習道路上的得力助手，助您在電子信息科學與工程領域取得豐碩的成就。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計，那經典的藍白搭配，一下子就抓住瞭我的眼球。我一直覺得，一本技術書籍，不光要內容紮實，它的顔值也同樣重要，能讓人在學習過程中保持一份好心情。這本書的版式設計也相當用心，排版清晰，重點突齣，不會讓人覺得眼花繚亂。尤其是那些圖錶，畫得特彆細緻，把復雜的概念講解得一目瞭然，對於我們這種初學者來說，簡直是福音。我記得我剛開始接觸EDA技術的時候，最頭疼的就是那些抽象的概念，光看文字描述，腦子裏總是像一團麻，但這本書裏的插圖，簡直就像是一盞明燈，瞬間就點亮瞭我對那些概念的理解。而且，作者在講解過程中，還穿插瞭一些實際應用的案例，這讓我覺得EDA技術不再是實驗室裏的理論，而是真正能夠解決實際問題的工具。我甚至在翻閱的時候，已經開始想象自己動手去實現這些案例瞭，這是一種學習的動力，也是對技術本身産生濃厚興趣的開端。總的來說，這本書在視覺體驗和初步的知識引導上，都做得相當齣色，讓我對它接下來的內容充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的語言風格非常適閤我這種剛入門的學生。作者在講解一些比較深奧的概念時，並沒有使用過於晦澀難懂的學術術語，而是盡量用通俗易懂的語言來闡述。即使有一些專業詞匯，也會有相應的解釋或者舉例，讓我能夠理解。這一點非常重要，因為我接觸過一些書籍，作者上來就拋齣一堆專業名詞，讓我感覺自己像是在看天書，很快就失去瞭學習的興趣。但這本書不同，它就像一位循循善誘的老師，一步一步地引導我進入EDA的世界。特彆是它在介紹一些操作步驟的時候，詳細得讓我感覺就像是跟著老師在旁邊指導一樣。每一個按鍵、每一個選項，都清晰地指瞭齣來，並且附帶瞭截圖，這對於新手來說，簡直是太友好瞭。我感覺自己不再是孤軍奮戰，而是有人在背後默默地支持著我，讓我能夠更自信地去嘗試和實踐。這種貼心的講解方式，讓我覺得學習不再是枯燥的任務，而是一次充滿樂趣的探索。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我最先關注的就是它的“含金量”。“普通高等教育‘十二五’規劃教材”這個標簽，就已經足夠說明它在學術界的地位瞭。這意味著這本書的內容經過瞭嚴格的審閱和篩選，理論基礎紮實，知識體係完整，是值得信賴的學習資料。我之前看過一些野路子的技術書籍，內容可能很新，但往往缺乏係統性，學起來斷斷續續，總感覺像是碎片化的知識拼湊。而這本書，從目錄的設置就能看齣來，邏輯性非常強，從基礎的原理到高級的應用，層層遞進，非常符閤學習規律。尤其是對於像我這樣，需要係統性地掌握一門技術的人來說，這本教材無疑提供瞭堅實的基礎。我注意到其中涉及到的一些算法和模型，雖然我還沒有深入研究，但從其在教材中的位置和篇幅來看，它們一定是EDA技術的核心內容。我期待著在接下來的學習中，能夠循序漸進地掌握這些關鍵技術，最終能夠獨立地完成一些EDA項目。這種感覺，就像是建造一座高樓，有瞭好的地基和結構圖，纔能確保最終的建築穩固而壯觀。

評分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞這本書在實驗環節的設置。理論知識固然重要，但如果沒有實踐的檢驗，就如同空中樓閣。這本書的實驗部分，感覺是經過精心設計的，能夠有效地將書本上的理論知識轉化為實際操作能力。我看到實驗的題目都很有代錶性，涵蓋瞭EDA技術中的各個關鍵環節，而且實驗步驟也寫得非常具體，讓我能夠一步一步地跟著完成。我甚至已經開始設想，我會在實驗室裏，拿著這本書，一步一步地去搭建電路，去模擬仿真，去驗證理論知識的正確性。這種親手操作、親眼驗證的過程，對於加深理解、鞏固知識非常有幫助。我曾經嘗試過一些不帶實驗的書籍，雖然學到瞭一些理論，但總感覺像是紙上談兵，缺乏成就感。而這本書的實驗部分，讓我看到瞭將知識付諸實踐的希望，也讓我對未來能夠運用EDA技術解決實際問題充滿瞭信心。我相信，通過這些實驗，我一定能夠真正掌握EDA技術，而不僅僅是停留在理論層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的整體編排，從我短暫的翻閱來看，非常具有前瞻性和實用性。它不僅僅是羅列瞭EDA技術的基礎理論，更重要的是，它似乎在引導讀者去思考如何將這些技術應用於實際的電子信息工程領域。我注意到一些章節的結尾，都提到瞭相關的工程應用背景，這讓我能夠將所學的知識與未來的職業發展聯係起來。而且，教材中提到的“十二五”規劃，也意味著這本書的內容是符閤當前國傢在電子信息領域的發展方嚮和需求。這對於我們這些即將步入社會的學生來說，是非常寶貴的指導。我感覺這本書不僅僅是一本教材，更像是一本職業入門指南，它不僅教會我技術，更讓我看到瞭技術在行業中的價值和意義。我期待著通過學習這本書，能夠為我未來的職業生涯打下堅實的基礎，讓我能夠更從容地麵對電子信息工程領域所帶來的挑戰和機遇。