正版世現代數字電路與邏輯設計實驗教程9787563526048袁東明, 史曉東, 陳淩霄 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁東明，史曉東，陳淩霄 著

圖書標籤:

• 數字電路
• 邏輯設計
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• 高等教育
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• 9787563526048
• 袁東明
• 史曉東
• 陳淩霄

店鋪： 溫文爾雅圖書專營店

齣版社： 北京郵電大學齣版社有限公司

ISBN：9787563526048

商品編碼：29596288668

包裝：平裝

齣版時間：2011-03-01

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基本信息

書名：現代數字電路與邏輯設計實驗教程

定價：28.00元

作者：袁東明, 史曉東, 陳淩霄

齣版社：北京郵電大學齣版社有限公司

齣版日期：2011-03-01

ISBN：9787563526048

字數：

頁碼：

版次：5

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.381kg

編輯推薦

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內容提要

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本書主要介紹數字電路及邏輯設計實驗的相關內容。包括數字實驗基礎知識、數字邏輯器件等，重點介紹數字可編程器件、EDA工具、VHDL硬件描述語言和數字綜閤係統設計。本書還將介紹幾種數字實驗裝置，並配有豐富的實驗內容，包括數字電路基本實驗、EDA基礎實驗和數字係統綜閤實驗。
本書既介紹瞭數字電路的基本元件、基本實驗方法和實驗技巧，又介紹瞭可編程器件(PLD)、硬件描述語言(VHDL)及EDA工具和技術，把新技術、新器件及時引入教學實踐環節，體現現代數字係統的設計方法。實驗內容循序漸進，能引導、啓發學生的主動性和創新性。
本書可以作為大學本科和專科院校通信、電子工程類各專業的實驗教材，也可供相關領域的工程技術人員參考。

目錄

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章 概述
1.1 數字集成電路
1.1.1 數字集成電路發展
1.1.2 邏輯器件的選擇和使用
1.2 EDA技術及其發展趨勢
1.2.1 EDA技術
1.2.2 EDA技術的優勢
1.2.3 EDA工具
1.3 數字可編程器件及其發展
1.3.1 數字可編程器件概述
1.3.2 可編程器件的發展趨勢
1.4 實驗的基本過程
1.4.1 實驗預習
1.4.2 實驗過程
1.4.3 實驗報告
第2章 VHDL語言介紹
2.1 什麼是VHDL
2.2 VHDL文字規則
2.3 VHDL設計實例
2.4 VHDL的基本結構
2.4.1 實體(Entity)
2.4.2 結構體(Architecture)
2.4.3 配置(Configuartion)
2.4.4 子程序
2.4.5 庫和程序包
2.5 VHDl，語言的數據類型和運算操作符
2.5.1 VHDL語言的對象
2.5.2 VHDL語言的數據類型
2.5.3 VHDL語言的運算操作符
2.6 VHDL語言的主要描述語句
　2.6.1 並行語句
　2.6.2 順序(sequential)語句
第3章 VHDL設計實例
3.1 用VHDL語言描述組閤邏輯電路
3.1.1 簡單門電路
3.1.2 編碼器
3.1.3 譯碼器
3.1.4 數據選擇器
3.1.5 比較器
3.1.6 加法器
3.2 用VHDL語言描述時序邏輯電路
3.2.1 觸發器
3.2.2 寄存器和移位寄存器
3.2.3 計數器
3.2.4 分頻器
3.2.5 序列信號發生器
3.3 用VHDL語言實現狀態機設計
3.3.1 一般有限狀態機的設計
3.3.2 有限狀態機設計例程
3.4 VHDL編程注意事項
3.4.1 VHDL代碼書寫規範與建議
3.4.2 VHDL編碼常見問題
第4章 數字係統設計
4.1 數字係統概述
4.2 數字係統設計方法
4.3 數字係統設計的描述方法
4.4 數字係統設計舉例
4.5 數字係統的安裝與調測
4.5.1 用標準數字芯片實現數字係統時的安裝與調測
4.5.2 用PLD專用集成芯片實現數字係統時的安裝與調測
4.6 係統優化
4.6.1 麵積優化
4.6.2 速度優化
第5章 EDA設計流程及軟件使用
　5.1 EDA設計流程
5.1.1 設計輸入
　　……
第6章　基本單元電路實驗
第7章　EDA基礎實驗
第8章　數字係統綜閤實驗
附錄1　數字實驗裝置
附錄2　常用芯片引腳圖

作者介紹

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文摘

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序言

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《數字係統設計與Verilog HDL實踐》 引言 現代電子技術的飛速發展，數字係統在各個領域扮演著越來越重要的角色。從消費電子産品到復雜的工業控製係統，再到高性能的通信設備，數字電路的設計與實現構成瞭其核心。邏輯設計是數字係統設計的基石，而Verilog Hardware Description Language (HDL) 作為一種功能強大的硬件描述語言，已成為數字係統設計、仿真和驗證的行業標準。 本書旨在為讀者提供一套係統、深入的學習路徑，幫助其掌握數字係統設計的原理，並熟練運用Verilog HDL進行實際項目的設計與實現。我們不僅會講解數字電路的基礎知識，更會側重於如何將這些理論知識轉化為可執行的硬件設計，並通過實際的Verilog HDL代碼和項目案例來鞏固和深化理解。 核心內容概述 本書將從數字電路的基礎概念齣發，逐步深入到復雜的數字係統設計。我們將涵蓋以下幾個關鍵部分： 第一部分：數字邏輯基礎與組閤邏輯設計 1. 數字電路概述與基本概念： 介紹數字電路與模擬電路的區彆，以及數字係統在現代科技中的重要性。 講解二進製、八進製、十進製和十六進製的數製轉換。 詳細闡述邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的功能、真值錶和邏輯符號。 介紹布爾代數的基本定理和定律，包括交換律、結閤律、分配律、德摩根定理等，以及如何運用它們化簡邏輯錶達式。 講解卡諾圖（Karnaugh Map）在邏輯函數化簡中的應用，包括如何繪製卡諾圖、圈齣相鄰項，以及化簡的步驟。 2. 組閤邏輯電路設計： 定義組閤邏輯電路，即輸齣僅取決於當前輸入的電路。 學習如何根據功能描述設計組閤邏輯電路，包括： 編碼器（Encoder）： 將一組輸入信號轉換為一組二進製編碼輸齣，例如十進製到二進製編碼器。 譯碼器（Decoder）： 將二進製輸入信號轉換為特定輸齣信號，例如n-to-2^n譯碼器，以及常見的BCD碼譯碼器（如74LS47）。 多路選擇器（Multiplexer，MUX）： 根據選擇信號從多個輸入信號中選擇一個作為輸齣，例如4選1、8選1多路選擇器。 分路器/解復用器（Demultiplexer，DEMUX）： 將一個輸入信號路由到多個輸齣中的一個。 加法器（Adder）： 設計半加器、全加器，以及多位二進製加法器（如行波進位加法器、超前進位加法器），並講解它們在算術運算中的應用。 減法器（Subtractor）： 利用加法器和二進製補碼實現減法。 比較器（Comparator）： 設計用於比較兩個二進製數大小的電路。 介紹組閤邏輯電路設計的時序問題，如競爭冒險（Race Condition）和險象（Hazard），以及如何消除它們。 第二部分：時序邏輯電路設計 1. 時序邏輯電路基礎： 定義時序邏輯電路，即輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於電路過去狀態的電路。 介紹觸發器（Flip-Flop）作為時序邏輯的基本存儲單元，包括SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器。 講解時鍾信號（Clock）在時序邏輯中的作用，以及上升沿觸發、下降沿觸發等概念。 分析觸發器的狀態轉換圖和狀態錶。 2. 寄存器（Register）與移位寄存器（Shift Register）： 講解寄存器作為一組觸發器的集閤，用於存儲多個比特的數據。 深入研究各種類型的移位寄存器，包括SISO（Serial-In, Serial-Out）、SIPO（Serial-In, Parallel-Out）、PISO（Parallel-In, Serial-Out）、PIPO（Parallel-In, Parallel-Out）等。 展示移位寄存器在數據串行/並行轉換、時序控製等方麵的應用。 3. 計數器（Counter）： 介紹計數器作為能夠對時鍾脈衝進行計數的時序電路。 講解異步計數器（Ripple Counter）和同步計數器（Synchronous Counter）的設計原理和特點。 實現各種計數器，如二進製計數器、十進製計數器（BCD計數器）、可預置計數器、可置零計數器、可逆計數器。 討論計數器在頻率分頻、定時控製等方麵的應用。 4. 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： 引入有限狀態機的概念，以及其在控製邏輯設計中的重要性。 區分兩種主要的狀態機模型：米利型（Mealy Machine）和摩爾型（Moore Machine），並比較它們的異同。 學習如何根據狀態轉移圖和狀態錶設計和實現有限狀態機，包括狀態分配、次態邏輯和輸齣邏輯的設計。 通過實際案例，如交通燈控製器、串行數據檢測器等，來演示FSM的設計過程。 第三部分：Verilog HDL編程與應用 1. Verilog HDL基礎： 介紹硬件描述語言（HDL）的概念和作用。 Verilog HDL的基本語法結構，包括模塊（module）、端口（port）、信號（wire, reg）、賦值（assign, always）。 數據類型和運算符：位嚮量、整數、邏輯運算符、算術運算符、關係運算符、位運算符、條件運算符。 結構性建模：門級建模、開關級建模（簡要介紹）。 行為級建模： `assign`語句：連續賦值，用於組閤邏輯。 `always`塊： `always @()`：組閤邏輯的建模。 `always @(posedge clk)` 或 `always @(negedge clk)`：時序邏輯的建模，時鍾敏感。 `always @(posedge clk or negedge reset)`：帶復位（異步或同步）的時序邏輯建模。 `initial`塊：用於仿真初始化和激勵生成。 2. Verilog HDL在組閤邏輯設計中的應用： 使用Verilog HDL實現各種組閤邏輯電路，如編碼器、譯碼器、多路選擇器、加法器、減法器、比較器等。 演示如何通過`assign`語句和`always @()`塊來描述組閤邏輯。 講解如何編寫可綜閤（Synthesizable）的Verilog代碼，以便成功地映射到FPGA或ASIC硬件。 3. Verilog HDL在時序邏輯設計中的應用： 使用Verilog HDL實現觸發器、寄存器、移位寄存器和計數器。 講解如何通過`always @(posedge clk)`等語句來描述時序邏輯。 演示如何添加同步或異步復位信號。 學習如何設計和實現有限狀態機（FSM），包括使用`case`語句或`if-else`語句來描述狀態轉換。 4. Verilog HDL的高級特性與設計技巧： 參數化設計（Parameter）：使模塊更具通用性。 任務（Task）和函數（Function）：代碼復用和模塊化。 生成塊（Generate Block）：用於生成重復結構或條件化實例化。 `for`循環，`while`循環在仿真和代碼生成中的應用。 等待語句（`wait`），延遲語句（``）在仿真中的應用。 設計時序約束：建立時間和保持時間的概念。 時鍾域處理：跨時鍾域信號的同步問題。 第四部分：數字係統設計流程與驗證 1. FPGA/ASIC設計流程概述： 從需求分析到最終芯片流片或FPGA配置的完整流程。 RTL（Register Transfer Level）設計。 邏輯綜閤（Logic Synthesis）：將RTL代碼轉換為門級網錶。 布局布綫（Place and Route）：將門級網錶映射到目標硬件資源。 時序分析（Timing Analysis）：驗證設計是否滿足時序要求。 仿真（Simulation）：驗證設計的功能正確性。 形式驗證（Formal Verification）：提供更強的正確性保證。 2. 測試平颱（Testbench）設計與仿真： 講解測試平颱的概念和作用，以及如何使用Verilog HDL編寫測試平颱。 學習如何生成激勵信號、監控設計輸齣、檢查仿真結果。 介紹常用的仿真工具（如ModelSim, VCS, QuestaSim）的基本使用。 編寫高效的測試平颱以覆蓋各種測試場景。 3. 常用數字係統設計實例： SPI、I2C總綫控製器： 學習如何設計常用的通信接口。 DRAM控製器（簡化版）： 瞭解內存接口的基本設計。 簡單的CPU控製器： 講解指令解碼、狀態機控製等概念。 流水綫設計（Pipeline Design）： 提高數據吞吐量。 數碼管顯示控製器： 實際的I/O接口應用。 第五部分：專題與進階 1. 時序分析深度探討： 時序路徑、時序違例（Setup Time Violation, Hold Time Violation）。 時鍾抖動（Clock Jitter）和占空比（Clock Duty Cycle）的影響。 時序優化技術。 2. 亞穩態（Metastability）與同步器（Synchronizer）： 深入理解亞穩態産生的根源。 講解常用的同步器設計（如兩級D觸發器同步器）及其原理。 如何處理跨時鍾域信號。 3. 低功耗設計（Low Power Design）基礎： 簡要介紹功耗的來源。 基本低功耗設計技術。 4. 現代數字設計工具鏈介紹： FPGA開發套件（如Xilinx Vivado, Intel Quartus）。 ASIC設計工具（EDA工具簡介）。 本書特色 理論與實踐緊密結閤： 每一章都輔以詳細的Verilog HDL代碼示例，讓讀者能夠立即動手實踐。 由淺入深，循序漸進： 從最基本的邏輯門到復雜的係統設計，逐步引導讀者掌握核心概念。 豐富的案例分析： 通過實際的工程案例，幫助讀者理解理論知識在實際項目中的應用。 強調可綜閤性： 重點講解如何編寫能夠成功映射到硬件的可綜閤Verilog代碼。 注重設計流程與驗證： 介紹完整的數字係統設計流程，以及如何進行有效的仿真和驗證。 麵嚮未來： 覆蓋瞭現代數字設計中重要的概念和技術，為讀者未來的學習和工作奠定堅實基礎。 目標讀者 本書適閤以下讀者： 高等院校電子工程、計算機科學、自動化等相關專業的本科生和研究生。 從事數字電路設計、FPGA/ASIC開發、嵌入式係統設計的工程師。 對數字邏輯設計和硬件描述語言感興趣的初學者。 結語 數字係統設計是一門融閤瞭理論深度與實踐創造力的學科。通過本書的學習，我們希望能夠幫助讀者建立紮實的數字邏輯基礎，熟練掌握Verilog HDL這一強大的設計工具，並培養齣獨立解決復雜數字係統設計問題的能力。相信通過不斷的學習和實踐，讀者定能在數字設計的領域取得豐碩的成就。

評分☆☆☆☆☆

我必須得提一下這本書的習題設計，這部分是很多教材最薄弱的環節，但在這本書裏，它簡直是點睛之筆。習題的難度梯度設置得非常巧妙，從最基礎的布爾代數化簡，到中等的組閤邏輯和時序邏輯設計，再到最後那些需要綜閤運用多模塊知識的係統級設計問題，難度是階梯式上升的。更重要的是，它不隻是考你“會不會算”，更考你“為什麼這麼算”。很多題目後麵都附帶瞭簡短的解題思路提示，而不是直接給齣最終答案，這迫使我們必須深入思考設計背後的原理，而不是死記硬背公式。我特彆喜歡那些開放性的設計題，它們鼓勵讀者去探索不同的實現方案，培養瞭我們作為工程師的創新思維和對設計權衡（Trade-off）的理解，這對於未來實際工程應用是至關重要的寶貴經驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常平實且富有親和力，完全沒有那種高高在上的學術腔調，讀起來感覺就像是有一位經驗豐富的工程師在旁邊耐心指導你。作者們在描述一些復雜概念時，會不時地穿插一些形象的比喻或者生活中的小故事來幫助理解，這種“接地氣”的錶達方式，極大地緩解瞭初學者麵對晦澀理論時的焦慮感。比如，在講解時序電路同步化問題時，作者用“集體跑步時如何保持步伐一緻”來做比喻，一下子就把復雜的時鍾域同步問題解釋得透徹明瞭。這種注重溝通、強調理解而非炫耀知識深度的寫作態度，讓學習過程變得非常愉快和高效。它真正做到瞭“深入淺齣”，而不是“故作高深”，這在技術類書籍中是相當難能可貴的品質。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計很有意思，封麵采用瞭一種磨砂質感的紙張，手感很紮實，拿在手裏沉甸甸的，給人一種非常專業和靠譜的感覺。尤其是那個排版，字體選擇和字號的搭配都非常講究，閱讀起來眼睛一點都不纍，即使是長時間盯著那些復雜的電路圖和波形圖，也不會覺得很吃力。我個人非常注重書籍的物理呈現，一本好的教材不光要有內涵，外在的質感也得跟得上。這本書的印刷質量更是沒得說，圖像的清晰度極高，即便是那些細微的電阻電容符號，也能看得清清楚楚，這對於初學者來說太重要瞭，避免瞭因為看不清圖示而産生的睏惑。而且書頁的紙張厚度適中，翻頁的時候很順滑，沒有廉價書籍那種澀澀的感覺。整體來說，這本書在細節上的打磨，體現瞭齣版方對讀者的尊重，讓人在學習之餘，也能享受到閱讀的愉悅，絕對是值得收藏的一本工具書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織結構簡直是教科書級彆的典範，邏輯推進得非常自然流暢，幾乎沒有跳躍感。作者們顯然是深諳教學規律，他們不會上來就拋齣那些拗口的理論公式，而是先從實際的案例和應用場景入手，將抽象的數字係統概念“具象化”瞭。比如講解觸發器的時候，不是乾巴巴地羅列真值錶，而是通過一個大傢都能理解的生活中的“開關狀態保持”模型來類比，一下子就抓住瞭核心。再往後，每一個知識點之間都有清晰的承接關係，上一章的結論立馬成為下一章的基石，這種層層遞進的學習體驗，讓我感覺自己不是在被動地接受知識，而是在主動地構建一個完整的認知框架。對於自學人士來說，這種清晰的脈絡簡直是救星，它讓你知道每一步該做什麼，每一步的意義是什麼，極大地降低瞭學習數字電路的入門門檻。

評分☆☆☆☆☆

從實驗部分的設置來看，這本書顯然是緊密結閤瞭當前主流的硬件描述語言（HDL）和仿真工具的實際操作需求。它不僅僅停留在理論層麵，而是非常務實地引導讀者進行仿真驗證和硬件實現。實驗指導書的步驟描述詳盡到令人稱贊，每一個操作指令都交代得清清楚楚，即便是對EDA工具不太熟悉的新手，也能跟著步驟成功跑通第一個測試平颱。我尤其欣賞它對錯誤排查的指導，書中列舉瞭幾個常見的設計錯誤及其對應的波形錶現，這極大地提高瞭調試效率。這本書的實用性遠超一般的理論教材，它成功架起瞭理論知識到工程實踐之間的橋梁，讓人在學習過程中就能培養齣動手能力和解決實際工程問題的本領，這份麵嚮實戰的誠意是值得高度贊揚的。