基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗教程 9787121294952 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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廉玉欣 著

圖書標籤:

• 數字邏輯
• Vivado
• Xilinx
• FPGA
• 實驗教程
• 電子工程
• 大學教材
• 數字電路
• 可編程邏輯
• 硬件設計
• 實踐教學

店鋪： 中頤圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121294952

商品編碼：27203037878

包裝：平裝

齣版時間：2016-08-01

基本信息

書名：基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗教程

定價：59.00元

作者：廉玉欣

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2016-08-01

ISBN：9787121294952

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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本書內容是基於Vivado設計套件和XUP A7闆卡進行安排的，利用85個例程，詳細介紹瞭數字邏輯實驗的基本設計方法。內容由淺入深，循序漸進，學生易於接受，不僅有利於學生對理論知識的消化吸收，而且對實踐操作具有直接指導意義。

內容提要

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本書以Xilinx公司的Vivado FPGA設計套件為基礎，以Xilinx大學計劃（Xilinx University Program，XUP）的Artix-7闆卡為硬件平颱，將數字邏輯設計與硬件描述語言Verilog HDL相結閤，循序漸進地介紹瞭基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗的基本過程和方法。本書主要內容包括硬件開發平颱介紹、軟件平颱介紹、FPGA設計實例、組閤邏輯電路實驗、時序邏輯電路實驗、數字邏輯設計和接口實驗及數字邏輯綜閤實驗。書中包含大量的設計實例，內容翔實、係統、全麵。

目錄

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目 錄
章 硬件開發平颱介紹1
1.1 Xilinx FPGA器件1
1.1.1 Xilinx公司簡介1
1.1.2 Xilinx的FPGA器件係列2
1.2 Xilinx大學計劃闆卡5
1.3 主電路及外圍接口電路6
1.4 XUP闆卡測試21
第2章 軟件平颱介紹23
2.1 Vivado設計套件23
2.1.1 Vivado軟件安裝流程24
2.1.2 IP封裝器、集成器和目錄28
2.1.3 標準化XDC約束文件29
2.1.4 工程命令語言29
2.1.5 Vivado設計套件的啓動方法30
2.1.6 Vivado設計套件的界麵31
2.2 FPGA設計流程37
2.2.1 Vivado套件的設計流程37
2.2.2 設計綜閤流程39
2.2.3 設計實現流程42
2.3 硬件描述語言45
2.3.1 VHDL簡介46
2.3.2 Verilog HDL簡介49
第3章 FPGA設計實例56
3.1 基於原理圖的設計實例56
3.1.1 簡易數字鍾實驗原理56
3.1.2 實驗流程57
3.2 基於Verilog HDL的設計實例80
3.2.1 設計要求80
3.2.2 實驗操作步驟81
3.3 74係列IP封裝設計實例91
3.3.1 IP核分類91
3.3.2 IP封裝實驗流程92
3.3.3 調用封裝後的IP100
第4章 組閤邏輯電路實驗104
4.1 邏輯門電路104
4.1.1 基本及常用的邏輯門104
4.1.2 與非門電路的簡單應用110
4.2 多路選擇器112
4.2.1 2選1多路選擇器113
4.2.2 4選1多路選擇器114
4.2.3 4位2選1多路選擇器117
4.2.4 74LS253的IP核設計及應用119
4.2.5 74LS151的IP核設計122
4.3 比較器123
4.3.1 4位比較器124
4.3.2 74LS85的IP核設計及應用127
4.3.3 利用數據選擇器74LS151設計2位比較器130
4.4 譯碼器131
4.4.1 3綫-8綫譯碼器131
4.4.2 74LS138的IP核設計及應用133
4.4.3 數碼管顯示135
4.5 編碼器142
4.5.1 二進製普通編碼器142
4.5.2 二進製優先編碼器144
4.5.3 74LS148的IP核設計145
4.6 編碼轉換器147
4.6.1 二進製-BCD碼轉換器147
4.6.2 格雷碼轉換器151
4.7 加法器152
4.7.1 半加器152
4.7.2 全加器153
4.7.3 4位加法器153
4.8 減法器157
4.8.1 半減器157
4.8.2 全減器157
4.9 乘法器159
4.10 除法器163
第5章 時序邏輯電路實驗169
5.1 鎖存器和觸發器169
5.1.1 鎖存器169
5.1.2 觸發器170
5.1.3 74LS74的IP核設計及應用176
5.2 寄存器178
5.2.1 基本寄存器178
5.2.2 移位寄存器182
5.2.3 74LS194的IP核設計及應用189
5.3 計數器191
5.3.1 二進製計數器192
5.3.2 N進製計數器195
5.3.3 任意波形的實現201
5.3.4 74LS161的IP核設計及應用202
5.4 脈衝寬度調製208
5.5 時序邏輯電路綜閤設計210
第6章 數字邏輯設計和接口實驗221
6.1 有限狀態機221
6.1.1 Moore狀態機和Mealy狀態機221
6.1.2 有限狀態機設計例程221
6.2 大公約數234
6.2.1 GCD算法235
6.2.2 改進的GCD算法243
6.3 整數平方根247
6.3.1 整數平方根算法248
6.3.2 改進的整數平方根算法255
6.4 存儲器259
6.4.1 隻讀存儲器（ROM）259
6.4.2 分布式的存儲器262
6.4.3 塊存儲器266
6.5 VGA控製器269
6.5.1 VGA的時序271
6.5.2 VGA控製器實例272
6.6 鍵盤和鼠標接口292
6.6.1 鍵盤293
6.6.2 鼠標297
第 章 數字邏輯綜閤實驗306
7.1 數字鍾306
7.2 數字頻率計310
7.3 電梯控製器314
7.4 波形發生電路320
7.5 超聲波測距儀332
7.6 手機電池保護闆337
附錄A Basys3電路圖349
附錄B 引腳約束356

作者介紹

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2002年7月，哈爾濱工業大學電氣工程係本科畢業，獲工學學士學位；2005年3月，哈爾濱工業大學深圳研究生院電力電子與電力傳動專業碩士研究生畢業，獲工學碩士學位；現任電工電子實驗教學中心電子學實驗室主任，主要從事實驗教學和日常管理工作。近年來，獲國傢教學成果一等奬1項，獲黑龍江省教學成果一等奬2項，作為主講教師建設*精品課程1門，作為第二負責人完成*精品資源共享課立項。主持校級教學改革項目2項，參與省部級以上教學研究項目4項，主編教材1部，參編教材2部，發錶教學研究文章6篇。

文摘

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序言

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現代電子係統設計與實現：基於FPGA的高級實踐指南 本書簡介 本書是一本專注於現代電子係統設計與實現、麵嚮中高級電子工程師、硬件設計專業人士及高年級研究生的技術專著。它係統性地闡述瞭當前主流可編程邏輯器件（FPGA）的應用架構、高級設計方法論以及復雜係統集成中的關鍵技術。全書內容聚焦於如何利用最新的硬件描述語言（HDL）特性、高效的綜閤與布局布綫流程，以及先進的驗證技術，來構建高性能、低功耗的定製化數字電路和嵌入式係統。 第一部分：FPGA底層架構與先進建模技術 本部分深入剖析瞭現代FPGA芯片的內部組織結構，超越瞭基礎的查找錶（LUT）和觸發器（FF）的簡單描述。重點探討瞭如時鍾管理單元（PLL/MMCM）、高速串行收發器（Transceivers/SerDes）、嵌入式存儲器（BRAM/URAM）以及數字信號處理單元（DSP Slices）的精確建模與高效利用。 FPGA架構深度解析： 詳細介紹瞭不同代際FPGA架構的演變，特彆是對特定功能模塊的資源分配策略進行瞭深入分析。講解瞭如何通過代碼結構來引導綜閤工具將邏輯映射到最優的硬件資源上，從而最大化設計性能。 高級硬件描述語言（HDL）精講： 本書不僅涵蓋瞭VHDL和Verilog的基礎語法，更側重於並發性、時序約束管理、層次化結構設計等高級主題。重點講解瞭SystemVerilog在接口建模、隨機化測試平颱構建中的應用，強調瞭如何編寫可綜閤（Synthesizable）且易於維護的高質量代碼。 約束驅動的設計流程： 詳細論述瞭時序約束（Timing Constraints）的重要性，特彆是對跨時鍾域（CDC）處理的規範化流程。內容包括如何精確定義輸入/輸齣延遲、係統時鍾的抖動容忍度，並利用靜態時序分析（STA）工具來診斷和修復時序違例。 第二部分：高性能數字係統設計方法論 本部分著眼於如何將抽象的算法轉化為高效的硬件實現，涵蓋瞭從算法選擇到流水綫優化等一係列關鍵技術。 流水綫與並行化策略： 深入探討瞭深度流水綫（Deep Pipelining）的設計技術，用於提高係統時鍾頻率。內容包括功能分解、數據通路重構以及如何通過循環展開（Loop Unrolling）和數據重整（Data Reshaping）來優化吞吐量。 定製化數據通路構建： 詳細介紹如何設計和實現高效的自定義算術邏輯單元（ALU），包括定點和浮點運算單元的設計考量。重點討論瞭乘法器、纍加器（MAC）陣列的資源優化配置，以適應DSP應用的需求。 低功耗設計實踐： 提供瞭多種降低FPGA係統功耗的實用技巧，包括時鍾門控（Clock Gating）、電源門控（Power Gating）的應用場景，以及如何通過代碼結構優化來減少動態功耗。 第三部分：復雜接口與片上通信協議實現 在現代係統中，高效可靠的I/O接口是性能瓶頸的關鍵所在。本部分聚焦於高速串行通信、內存接口以及片間通信協議的硬件實現。 高速收發器（SerDes）的應用與調試： 詳細講解瞭PCIe、Gigabit Ethernet等標準協議的底層物理層（PHY）接口如何通過FPGA的專用硬核進行實例化。內容覆蓋瞭鏈路訓練、眼圖（Eye Diagram）分析和信號完整性（SI）的初步考量。 外部存儲器接口（DDRx）： 提供瞭對DDR3/DDR4 SDRAM控製器的設計原理分析，重點在於時序校準（Calibration）機製、突發傳輸（Burst Transfer）的優化，以及如何利用廠商提供的參考設計進行二次開發。 片上總綫架構（On-Chip Bus）： 對AXI4（Lite, Full, Stream）等AMBA標準總綫的深入理解和定製化實現。講解瞭如何構建高效的仲裁器（Arbiter）、交叉開關（Interconnect）以及DMA控製器，以確保數據流的暢通無阻。 第四部分：係統驗證、仿真與調試工程 硬件設計的成功不僅在於功能實現，更在於其穩定性和可驗證性。本部分是關於如何建立嚴謹的驗證環境，確保設計質量。 高級仿真與斷言（Assertion-Based Verification）： 介紹瞭如何使用SystemVerilog中的斷言（SVA）來對設計進行形式化檢查，實現設計意圖與代碼實現的一緻性驗證。討論瞭覆蓋率（Coverage）驅動的驗證流程。 軟硬件協同調試： 詳細介紹瞭如何利用片上邏輯分析儀（如ILA/VIO）進行實時信號捕獲和分析。同時，探討瞭JTAG接口在係統級調試中的應用，以及如何設置硬件調試樁（Debug Stubs）來快速定位復雜係統中的錯誤。 閉環係統集成與測試： 提供瞭構建完整嵌入式係統的流程指導，包括固件（Firmware）與硬件的協同啓動、驅動程序的編寫，以及如何在真實環境下進行係統級性能測試和穩定性驗證。 總結 本書旨在為讀者提供一個從算法到芯片的全麵視角，強調設計實踐中的工程嚴謹性。通過大量的實際案例和深入的技術剖析，讀者將能夠掌握構建下一代高性能嵌入式和專用計算係統所需的關鍵技能。本書的重點在於“如何高效地使用資源”和“如何驗證復雜性”，而非簡單地重復語言語法。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排堪稱教科書級彆的典範。從最基礎的邏輯門電路開始，逐步過渡到更復雜的組閤邏輯和時序邏輯，每一步的學習都有明確的目標和對應的實踐環節。它並不是那種讓你學完一堆理論知識卻不知道如何落地的書。每一章的實驗設計都緊密圍繞本章的核心知識點展開，這種“學一點，練一點”的節奏，極大地鞏固瞭我的理解。我個人尤其喜歡它在項目管理方麵的引導，教我們如何有效地組織Verilog/VHDL源文件、如何利用層次化設計思想來管理大型項目，這些都是在實際工作中能否快速上手、脫穎而齣的關鍵技能。閱讀過程中，我幾乎能感受到作者在努力降低學習麯綫，讓復雜的數字世界變得觸手可及。

評分☆☆☆☆☆

我不得不提一下這本書的排版和圖示質量，這極大地提升瞭閱讀體驗。在處理復雜的時序圖或者Vivado設計流程圖時，清晰的視覺輔助是不可或缺的。本書在這方麵的投入是顯而易見的，圖例不僅數量多，而且標注精確、色彩區分得當，很多原本需要反復揣摩纔能理解的概念，通過配套的圖形就能豁然開朗。此外，書中的習題部分也設計得相當巧妙，它們並非簡單的重復練習，而是對本章知識點的靈活延伸和綜閤運用，迫使讀者必須跳齣書本給定的框架去獨立思考和解決問題。總而言之，這是一本集理論深度、實踐指導和優秀可讀性於一身的優秀著作，極大地加速瞭我的FPGA學習進程。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我之前嘗試過幾本其他的FPGA教材，但都因為內容過於陳舊或者對現代設計流程的覆蓋不足而讓我感到挫敗。然而，這本書顯然是緊跟業界前沿的。Vivado的強大在於其高效的綜閤和實現能力，而本書恰恰花費瞭大量篇幅來剖析這些工具鏈的使用技巧。比如，調試部分，作者沒有僅僅停留在仿真器層麵，而是深入講解瞭如何使用ILA（Integrated Logic Analyzer）進行片上調試，這對實際項目至關重要。我記得有一章專門講解瞭約束文件的編寫，這部分內容在很多教材中往往是一筆帶過，但這本書卻詳細闡述瞭如何通過精確的時序約束來保證設計在目標器件上穩定運行，這種對工程實踐的重視，是極其寶貴的財富。這本書的實用性和前瞻性，讓我感覺手中的投入物超所值。

評分☆☆☆☆☆

對於一名正在進行畢業設計或者工程實踐的工程師來說，選擇一本閤適的參考資料至關重要。這本書在這方麵錶現得尤為齣色，它的深度足夠支撐起一個完整的課程設計。我發現它在高速接口和片上係統（SoC）的基礎模塊構建方麵提供瞭紮實的鋪墊。例如，在講解AXI總綫協議的簡化實現時，書中不僅展示瞭代碼，更重要的是解釋瞭握手機製背後的仲裁和事務管理邏輯。這種對底層通信機製的透徹解析，遠超齣瞭普通數字電路實驗的要求，直接對接瞭工業界的需求。如果說其他的書隻是教你“如何做”，這本書則更進一步，教會你“為什麼這麼做”，這種深層次的理解，纔是區分愛好者和專業工程師的關鍵所在。

評分☆☆☆☆☆

這本教材在理論講解上可謂是深入淺齣，對於像我這樣初次接觸FPGA和Vivado工具鏈的新手來說，簡直是一場及時雨。作者沒有停留在枯燥的理論堆砌上，而是巧妙地將數字電路的設計思想與Vivado環境下的具體操作緊密結閤。特彆是對於狀態機的設計與實現部分，通過清晰的流程圖和逐步引導的實驗步驟，讓我徹底明白瞭如何從抽象的邏輯描述過渡到最終的硬件實現。書中的許多例程代碼都寫得非常規範，注釋詳盡，這對於我們後續的學習和參考都提供瞭極大的便利。我特彆欣賞它對各種常用IP核的介紹，不再是簡單地羅列參數，而是結閤實際應用場景，解釋瞭為什麼選擇特定的配置，這讓讀者能夠真正理解工具背後的設計哲學，而不是機械地復製粘貼。整體而言，它為我搭建起瞭一座堅實的數字係統設計基礎。