基于VHDL的FPGA数字系统应用实践 陈忠平 9787121230059 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈忠平 著

图书标签:

• FPGA
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121230059

商品编码：29522212356

包装：平装

出版时间：2014-05-01

基本信息

书名：基于VHDL的FPGA数字系统应用实践

定价：79.00元

作者：陈忠平

出版社：电子工业出版社

出版日期：2014-05-01

ISBN：9787121230059

字数：774000

页码：473

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书以VHDL语言为蓝本，结合Quartus II软件，通过丰富的实例从实验、实践、实用的角度，详细叙述了FPGA在数字系统中的应用。

内容提要

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本书以VHDL语言为蓝本，结合Quartus II软件，通过丰富的实例从实验、实践、实用的角度，详细叙述了FPGA在数字系统中的应用。本书共10章，主要内容包括FPGA硬件结构知识、VHDL语言编程基础、硬件开发工具Quartus II的使用、门电路设计与实现、常用组合逻辑电路的设计、常用时序逻辑电路与状态机的设计、FPGA的显示及键盘控制、FPGA在数字系统设计中的应用、FPGA在数字信号处理中的应用、宏功能模块与SOPC技术的应用。

目录

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作者介绍

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陈忠平，湖南工程职业技术学院讲师，具有丰富的单片机原理、EDA技术、电子技术等课程的教学经验，著有《基于Proteus的51系列单片机设计与仿真》、《基于项目驱动式的C51单片机程序设计与应用》、《基于Proteus的AVR单片机C语言程序设计与仿真》、《基于Proteus的PIC单片机C语言程序设计与仿真》和《基于Quartus II的FPGA/CPLD设计与应用》等。

文摘

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序言

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《嵌入式系统原理与实践：基于ARM Cortex-M微控制器》 内容简介： 本书深入浅出地介绍了嵌入式系统的核心原理、设计流程以及在实际应用中的关键技术，特别聚焦于当前主流的ARM Cortex-M系列微控制器。通过详实的理论阐述、丰富的实例分析和大量的代码示例，本书旨在为读者构建一个扎实的嵌入式系统理论基础，并提供动手实践的指导，使其能够独立完成从系统构思到软硬件实现的整个开发过程。 第一部分：嵌入式系统基础 本部分首先从宏观角度引入嵌入式系统的概念，阐述其与通用计算机系统的区别与联系。我们将探讨嵌入式系统的定义、特点、组成部分，以及它们在各个行业中的广泛应用，例如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、物联网等。随后，深入剖析嵌入式系统的硬件架构，重点介绍微处理器（CPU）、存储器（RAM, ROM, Flash）、输入/输出（I/O）接口、定时器、中断控制器等核心组件的功能和工作原理。 接着，我们将详细讲解嵌入式软件开发的基础知识。这包括嵌入式操作系统的作用与分类（如实时操作系统RTOS、裸机开发），以及嵌入式程序设计的语言选择（C/C++）。我们会重点介绍C语言在嵌入式开发中的重要性，并回顾其关键语法、数据类型、指针、结构体、位操作等特性，为后续章节的深入学习打下坚实基础。此外，还会讨论嵌入式开发工具链，包括交叉编译器、调试器、仿真器以及集成开发环境（IDE）的配置与使用。 第二部分：ARM Cortex-M微控制器体系结构与编程 本部分将聚焦于ARM Cortex-M系列微控制器，作为当前嵌入式领域最受欢迎的微控制器架构之一。我们将详细介绍ARM Cortex-M的指令集体系结构（ISA），包括Thumb指令集，并讲解其在功耗、性能和代码密度方面的优势。深入理解Cortex-M内核的各个功能模块，如流水线、寄存器组、存储器管理单元（MMU）/内存保护单元（MPU）、时钟系统、复位机制等。 特别地，我们将重点讲解Cortex-M的中断与异常处理机制。详细分析中断向量表、中断服务程序（ISR）的编写、中断优先级、嵌套中断等概念，以及如何在硬件和软件层面有效地管理中断。这将是实现实时响应和高效系统运作的关键。 在编程方面，我们将以C语言为主要工具，结合ARM Cortex-M的寄存器级编程和标准库函数编程，演示如何直接操作硬件。读者将学习如何配置和使用GPIO（通用输入输出）端口，控制LED闪烁、读取按键输入等基础操作。还将深入讲解定时器和计数器的应用，包括定时器的模式（如周期模式、单次模式）、分频器设置，以及如何利用定时器实现延时、脉冲生成和测量等功能。 第三部分：嵌入式通信接口与外设驱动 现代嵌入式系统通常需要与外界进行数据交换，因此掌握各种通信接口和外设驱动的开发至关重要。本部分将详细介绍几种常用的嵌入式通信协议和接口，并给出相应的驱动程序编写示例。 UART（通用异步收发传输器）： 讲解UART的工作原理、通信格式（波特率、数据位、停止位、校验位），以及如何通过UART实现与PC或其他嵌入式设备的数据串行通信。我们将提供配置UART、发送和接收数据的代码示例。 SPI（串行外设接口）： 介绍SPI的总线结构（主设备/从设备、MISO/MOSI/SCK/CS）、通信模式（CPOL/CPHA），并演示如何通过SPI接口与外部传感器、EEPROM等设备进行高速数据传输。 I2C（集成电路互联总线）： 讲解I2C的总线结构（SDA/SCL）、寻址机制、读写操作流程，以及如何利用I2C接口与各种I2C设备（如ADC/DAC、温湿度传感器、OLED显示屏）进行通信。 ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）： 介绍ADC和DAC的基本原理、采样率、分辨率、参考电压等关键参数，并演示如何通过配置ADC和DAC，实现模拟信号的采集和数字信号的输出，例如读取电位器值、控制蜂鸣器音量等。 中断驱动的I/O操作： 强调利用中断来优化I/O操作，减少CPU的轮询负担，提高系统效率。我们将展示如何结合中断，更高效地处理外部事件。 第四部分：实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统中的应用 对于功能复杂、任务繁多的嵌入式系统，使用实时操作系统（RTOS）能够极大地简化开发，提高系统的可维护性和可靠性。本部分将深入介绍RTOS的核心概念和关键技术，并重点介绍一个流行的RTOS（如FreeRTOS）的使用。 我们将详细讲解RTOS中的基本概念，如任务（Task）、任务调度（优先级调度、时间片轮转）、任务间通信（信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组）、中断服务例程（ISR）与任务的关系、以及内存管理。 通过实际案例，我们将演示如何在ARM Cortex-M平台上移植和配置RTOS，如何创建和管理多个任务，如何使用RTOS提供的机制实现任务间的同步与通信。例如，我们将设计一个包含传感器数据采集任务、数据处理任务和通信发送任务的多任务系统，并展示如何用RTOS有效地组织和调度这些任务。 第五部分：嵌入式系统调试与性能优化 在嵌入式系统开发过程中，调试是至关重要的一环。本部分将介绍多种嵌入式系统的调试方法和技巧，包括： 硬件调试： 讲解JTAG/SWD接口的工作原理，以及如何使用调试器（如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、Segger J-Link）进行断点设置、单步执行、查看变量、内存监视等操作。 软件调试： 介绍printf调试、日志记录、示波器辅助调试等方法。 性能分析与优化： 讨论如何对嵌入式系统进行性能分析，识别性能瓶颈，并提出优化策略。这可能包括代码优化、算法改进、硬件加速、功耗管理等。 嵌入式系统的功耗管理： 探讨低功耗设计技术，如CPU休眠模式、外设时钟门控、动态电压频率调整（DVFS）等，对于延长电池寿命和降低运行成本的重要性。 第六部分：典型嵌入式应用案例分析 为了将前面所学的理论知识融会贯通，本书将提供几个典型的嵌入式应用案例，详细剖析其设计思路、硬件选型、软件架构和实现细节。这些案例将涵盖不同领域的应用，例如： 智能家居设备（如温湿度监测与控制系统）： 结合传感器、微控制器和通信模块，实现环境数据的采集、处理和远程显示。 简单的工业自动化控制器： 利用定时器、中断和通信接口，实现对电机、传感器等工业设备的控制和监控。 物联网终端节点： 演示如何将传感器数据通过无线通信模块（如ESP8266/ESP32）发送到云平台。 每个案例都将附带详细的设计文档、原理图（示意）和关键代码片段，帮助读者理解实际工程开发中的挑战与解决方案。 总结： 《嵌入式系统原理与实践：基于ARM Cortex-M微控制器》是一本集理论深度与实践指导于一体的著作。通过对ARM Cortex-M微控制器核心技术的全面讲解，以及丰富的案例分析和代码示例，本书能够帮助读者掌握嵌入式系统的设计与开发技能，为成为一名优秀的嵌入式工程师奠定坚实的基础。无论您是初学者还是有一定基础的开发者，本书都将是您探索嵌入式系统世界的宝贵参考。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一次与经验丰富的工程师进行一对一交流的体验。它没有高高在上的理论说教，而是充满了实操性的建议和技巧。我特别喜欢书中对每一个设计模块的讲解，往往会先介绍这个模块的功能和设计目标，然后通过VHDL代码一步步实现，并对代码中的关键部分进行详细的注释和解释。这种“手把手”的教学方式，让我在学习过程中能够清晰地理解每一步的意图。此外，书中似乎还提供了如何使用EDA工具进行仿真和综合的指导，这一点对于初学者来说是必不可少的。很多时候，代码写得再好，如果不懂得如何验证和部署，也是徒劳。我期待书中能够展示一些不同类型的FPGA器件上的具体应用，例如在嵌入式系统、数字信号处理、通信接口等领域，通过这些鲜活的案例，来巩固我所学的知识。我希望通过这本书，我能够真正掌握FPGA开发的整个生命周期，从需求到设计，再到验证和调试，都能够游刃有余。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，最先吸引我的就是它实用的导向性。我一直对FPGA这个领域充满兴趣，但苦于理论知识的匮乏，总觉得在实际操作上难以入手。这本书的标题“应用实践”几个字，恰好击中了我的痛点。它不像一些纯理论的书籍，上来就堆砌大量的公式和抽象的概念，而是直接聚焦于如何将VHDL语言应用于FPGA的实际设计中。翻阅目录，可以看到从基础的VHDL语法到数字逻辑设计，再到一些典型的FPGA应用实例，这个循序渐进的结构让我觉得非常安心。我尤其期待书中的那些实战案例，比如在通信、图像处理或者其他嵌入式系统中的应用，这些都将是检验我学习成果的最好方式。如果书中能够详细地讲解从需求分析到最终实现的整个流程，并且提供清晰的、可复用的代码示例，那将是极大的帮助。我希望这本书能够让我真正理解FPGA的设计思路，掌握将理论转化为实际产品的能力，而不是仅仅停留在“会写VHDL代码”的层面。很多时候，理论知识能够让我们明白“是什么”，但实践才能教会我们“怎么做”，这本书的定位显然更偏向于后者，这一点让我对它充满了期待，也相信它能够帮助我填补理论与实践之间的鸿沟。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够系统性讲解FPGA数字系统设计的书籍，而这本书恰好填补了我的需求。它不仅仅局限于VHDL语言的语法，而是更侧重于如何运用VHDL来解决实际的数字系统设计问题。我注意到书中可能涵盖了从简单的组合逻辑（combinational logic）到复杂的时序逻辑（sequential logic），再到更高级的IP核（Intellectual Property core）集成等内容。这对我来说非常有吸引力，因为它能够帮助我构建一个完整的FPGA设计知识体系。我特别期待书中能够提供一些关于如何进行设计验证和调试的指导。在FPGA开发过程中，仿真和调试是必不可少的环节，如果书中能够提供清晰的步骤和实用的技巧，那将极大地提高我的学习效率。我希望通过这本书，我能够掌握FPGA设计的基本流程，理解不同的数字模块如何协同工作，并且能够独立完成一些中等规模的FPGA项目。这本书的实用性和系统性，是我选择它的主要原因。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常有价值的参考书，它就像一个宝库，里面充满了关于FPGA设计和VHDL应用的丰富知识。我注意到书中不仅介绍了VHDL的基本语法，还深入探讨了如何利用VHDL进行高效的数字电路设计。它可能还会涉及一些关于状态机（state machine）的设计、流水线（pipeline）技术、以及如何处理异步（asynchronous）和同步（synchronous）逻辑等关键概念。这些都是构建复杂数字系统的基石。我尤其看重书中关于“最佳实践”的讨论，比如如何编写易于理解、可维护、并且易于综合的代码。在FPGA开发中，代码的质量直接影响到最终的性能和功耗，因此，掌握这些“最佳实践”至关重要。我希望这本书能够提供一些解决常见设计问题的思路，例如如何避免锁存器（latch）的产生，如何处理竞争冒险（race condition）等。通过学习这些内容，我希望能提升自己的设计能力，写出更健壮、更高效的FPGA代码。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象是其内容的深度和广度都相当可观。它不仅仅是泛泛而谈FPGA的开发，而是深入到了VHDL语言本身的细节，以及如何利用这些语言特性去构建复杂的数字系统。我注意到书中对于一些高级VHDL构造，例如进程（process）、并发语句（concurrent statements）、信号（signals）和变量（variables）之间的区别和适用场景，都有比较细致的阐述。这对于想要写出高效、可综合代码的开发者来说至关重要。更让我兴奋的是，书中似乎还涵盖了FPGA设计中一些常见的问题和挑战，比如时序约束、综合优化、布局布线等方面的考量。这些都是在实际项目开发中不可避免会遇到的难点，如果书中能提供切实可行的解决方案和调试技巧，那就太有价值了。我希望这本书能够带我走出“写完代码就能用”的误区，让我理解代码背后的硬件实现原理，学会如何编写符合硬件特性的VHDL，从而设计出性能更优、功耗更低的FPGA系统。这种从语言到硬件，再到系统设计的全方位讲解，是我一直以来所寻求的。