VHDL數字電路設計教程 9787121186721 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[巴西] 沃爾尼·A. 佩德羅尼（Volnei A 著

圖書標籤:

• VHDL
• 數字電路
• FPGA
• Verilog
• 電子工程
• 教材
• 設計
• EDA
• 集成電路
• 數字係統

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121186721

商品編碼：29660718304

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名:VHDL數字電路設計教程

定價：35.00元

售價：23.8元,便宜11.2元,摺扣68

作者: 沃爾尼·A. 佩德羅尼（Volnei A. Pe

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787121186721

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

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佩德羅尼編著的《VHDL數字電路設計教程》采用將數字電路係統設計實例與可編程邏輯相結閤的方法，通過大量實例，對如何采用VHDL進行電路設計進行瞭全麵描述。目前大多數同類教材過多關注VHDL一語法特點本身，而本書則給齣瞭大量完整設計實例的電路圖、相關基本概念、電路工作原理及仿真結果，從而將VHDL語法學習和如何采用它進行電路設計相結閤。本書對VHOL的講述簡明而完整，對與VHDL綜閤相關的內容進行瞭詳細討論和說明。全書的內容組織清晰閤理，包括電路設計與係統設計兩個基本部分，分彆講述瞭VHDL的基礎語法、基本代碼編寫技術，以及與VHDL代碼分割、共享、重用相關的知識。

內容提要

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自從VHDL在1987年成為IEEE標準之後，就因其在電路模型建立、仿真、綜閤等方麵的強大功能而被廣泛用於復雜數字邏輯電路的設計中。佩德羅尼編著的《VHDL數字電路設計教程》共分為三個基本組成部分，首先詳細介紹VHDL語言的背景知識、基本語法結構和VHDL代碼的編寫方法；然後介紹VHDL電路單元庫的結構和使用方法，以及如何將新的設計加入到現有的或自己新建立的單元庫中，以便於進行代碼的分割、共享和重用；後介紹CPLD和FPGA的發展曆史、主流廠商提供的開發環境使用方法。本書在結構組織上有獨特之處，例如將並發描述語句、順序描述語句、數據類型與運算操作符和屬性等獨立成章，使讀者更容易清晰準確地掌握這些重要內容。本書注重設計實踐，給齣瞭大量完整設計實例的電路圖、相關基本概念、電路工作原理以及仿真結果，從而將VHDL語法學習和如何采用它進行電路設計有機地結閤在一起。
《VHDL數字電路設計教程》適閤通信工程、電子工程及相關專業的高年級本科生作為教材使用，同時也可以作為可編程邏輯器件應用開發的培訓教材。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《精通Verilog：現代數字邏輯設計的實踐指南》 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的Verilog數字邏輯設計學習平颱，從基礎概念到高級設計技巧，再到實際應用中的工程實踐，層層遞進，力求讓讀者掌握現代數字集成電路設計的核心技能。本書內容嚴謹，講解細緻，兼顧理論深度與實踐指導，適用於電子工程、計算機科學及相關領域的學生、研究人員和工程師。 第一部分：Verilog基礎與建模 本部分將係統地介紹Verilog硬件描述語言（HDL）的基礎知識，為後續的復雜設計打下堅實根基。 第一章：數字邏輯設計基礎迴顧 數字電路的基本概念：布爾代數、邏輯門、組閤邏輯、時序邏輯。 數字係統分類：微處理器、DSP、FPGA、ASIC等。 現代數字設計流程概述：需求分析、邏輯設計、綜閤、布局布綫、驗證、物理實現。 HDL在現代設計中的角色與優勢。 第二章：Verilog HDL入門 Verilog HDL的起源與發展。 Verilog程序的結構：模塊（module）、端口（port）、信號（signal）、賦值（assignment）。 數據類型：reg、wire、integer、time等，及其使用場景。 運算符：算術運算符、邏輯運算符、關係運算符、位運算符、歸約運算符、條件運算符。 基本語句：assign語句（連續賦值）、always塊（過程賦值）。 層次化設計：模塊實例化與端口連接。 第一個Verilog程序：LED閃爍、簡單的加法器。 第三章：Verilog建模技術 行為級建模（Behavioral Modeling）：使用always塊和過程賦值來描述電路的行為，強調功能描述，不拘泥於具體硬件實現。 always塊的觸發條件：時鍾邊沿觸發（posedge/negedge）、電平觸發（posedge/negedge）。 阻塞賦值（blocking assignment）和非阻塞賦值（non-blocking assignment）的區彆與應用。 if-else語句、case語句、casex/casez語句在行為建模中的應用。 for循環、while循環在行為建模中的應用。 數據流建模（Dataflow Modeling）：使用assign語句和連續賦值來描述電路的數據流動和邏輯關係，常用於組閤邏輯。 連續賦值的特性。 操作符的使用。 結構級建模（Structural Modeling）：通過實例化和連接基本邏輯門或更復雜的子模塊來描述電路結構，模擬電路的物理連接。 門級原語（gate primitives）：and, or, nand, nor, xor, buf, not等。 開關級原語（switch primitives）：cmos, nmos, pmos, rcmos, tmos等。 多路選擇器、譯碼器等常用組件的結構級實現。 混閤建模：結閤不同建模方式的優點，實現高效靈活的設計。 第四章：組閤邏輯電路設計 組閤邏輯的基本原理與設計方法。 常用組閤邏輯模塊的設計： 加法器：半加器、全加器、多位加法器（行波進位、超前進位）。 減法器。 乘法器（流水綫式、陣列式）。 多路選擇器（mux）。 譯碼器（decoder）。 編碼器（encoder）。 比較器。 奇偶校驗電路。 有限狀態機（FSM）的組閤邏輯部分：狀態轉移邏輯。 Verilog實現中的注意事項：競爭與冒險（glitches）、如何消除競爭與冒險（如使用always塊和非阻塞賦值）。 第五章：時序邏輯電路設計 時序邏輯的基本原理：觸發器、寄存器、時鍾。 D觸發器、JK觸發器、T觸發器、SR觸發器及其Verilog實現。 移位寄存器（Shift Registers）：串入串齣、串入並齣、並入串齣、並入並齣。 計數器（Counters）：同步計數器、異步計數器、模N計數器、可預置計數器、可置零計數器。 有限狀態機（FSM）的時序邏輯部分：狀態寄存器、時鍾同步。 Verilog實現中的注意事項：時鍾域（clock domain）問題、亞穩態（metastability）産生原因及解決策略（如二分頻同步器）。 第二部分：Verilog高級設計與驗證 本部分將深入探討Verilog的高級特性，以及如何進行有效的仿真驗證，確保設計的正確性。 第六章：Verilog高級特性 參數化設計（Parameterization）：使用parameter關鍵字實現代碼復用和靈活性，設計可配置的模塊。 生成塊（Generate Statements）：用於根據條件或參數動態生成模塊實例或語句，常用於構建可重用、可擴展的結構。 運算符的優先級與結閤性。 係統任務與函數（System Tasks and Functions）：如$display, $monitor, $time, $finish, $stop, $readmemh, $rewritetb等，用於仿真控製與輸齣。 生成時鍾（Clock Generation）：使用always塊和延時（）等方式産生測試時鍾。 延時（Delay）的使用：慣性延時（inertial delay）與傳輸延時（transport delay）。 第七章：有限狀態機（FSM）設計 FSM分類：Mealy型FSM與Moore型FSM，各自的特點與應用。 FSM的設計步驟：狀態圖、狀態錶、狀態編碼、Verilog實現。 不同狀態編碼方式的優劣（二進製編碼、格雷碼編碼、獨熱碼編碼）。 Mealy型FSM的Verilog實現。 Moore型FSM的Verilog實現。 FSM設計的常見問題與優化。 實際應用中的FSM設計：協議解析、控製器設計等。 第八章：Verilog仿真與測試平颱（Testbench） 仿真器的作用與原理。 測試平颱的概念與重要性。 Verilog測試平颱的設計： 模塊實例化被測設計（DUT, Device Under Test）。 生成激勵信號：時鍾、復位、數據輸入。 監控輸齣信號，與期望值進行比較。 使用係統任務控製仿真流程。 激勵生成策略：隨機激勵、定嚮激勵。 測試嚮量（Test Vectors）的應用。 檢查點（Checkpoints）與斷言（Assertions）。 復雜測試平颱的構建：使用任務（task）和函數（function）提高代碼可讀性和復用性。 示例：一個簡單加法器的測試平颱，一個FSM的測試平颱。 第九章：代碼綜閤與時序約束 邏輯綜閤（Logic Synthesis）的概念與目標：將HDL代碼轉換為門級網錶。 綜閤工具的工作流程。 綜閤的約束：時序約束（Timing Constraints）和麵積約束（Area Constraints）。 時序約束的重要性：設置時鍾頻率、輸入輸齣延遲、時鍾周期等。 綜閤工具中的等效性（Equivalence）檢查。 影響綜閤結果的Verilog代碼風格：如何寫齣易於綜閤的代碼。 避免綜閤陷阱：死代碼（dead code）、不可綜閤的語句（如不可預測的延時、信號的不可確定的變化）。 第三部分：實際應用與高級主題 本部分將介紹Verilog在實際項目中的應用，以及一些更高級的議題。 第十章：FPGA設計流程與實踐 FPGA架構概述：查找錶（LUT）、觸發器（Flip-Flop）、布綫資源、I/O塊。 FPGA設計工具鏈：綜閤、實現（布局布綫）、比特流生成。 FPGA上的IP核（IP Cores）使用。 FPGA資源優化技巧：共享資源、流水綫技術、並行化。 通過FPGA實現實際項目：LED驅動、按鍵輸入處理、UART通信接口。 FPGA調試技巧：使用內部邏輯分析儀（ILA, Integrated Logic Analyzer）。 第十一章：ASIC設計流程概述 ASIC設計流程與FPGA設計的區彆。 邏輯綜閤、物理綜閤、布局布綫、時序收斂。 版圖設計（Layout Design）。 物理驗證（Physical Verification）：DRC（Design Rule Check）、LVS（Layout Versus Schematic）。 功耗、性能、麵積（PPA, Power, Performance, Area）的權衡。 第十二章：驗證方法學與高級驗證 功能驗證（Functional Verification）的重要性。 靜態時序分析（STA, Static Timing Analysis）。 形式驗證（Formal Verification）簡介。 麵嚮對象的Verilog驗證方法學（OVM, UVM）概述。 隨機驗證（Random Verification）與覆蓋率（Coverage）。 約束隨機（Constrained Random）生成。 第十三章：數字係統設計中的常見問題與解決方案 復位（Reset）策略：同步復位、異步復位，及其影響。 時鍾同步與時鍾域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）。 低功耗設計（Low Power Design）技術簡介。 性能優化（Performance Optimization）技巧：流水綫（Pipelining）、並行化。 可測試性設計（DFT, Design for Testability）。 附錄： Verilog關鍵字速查錶。 常用Verilog代碼示例集。 常用EDA工具簡介。 本書通過理論講解與大量實例相結閤的方式，引導讀者循序漸進地掌握Verilog數字邏輯設計技術。每一個Verilog代碼示例都經過精心設計，力求清晰、簡潔且符閤工程實踐。讀者在學習過程中，可以通過仿真工具（如ModelSim, VCS, QuestaSim等）和綜閤工具（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime等）來驗證和實現代碼，從而獲得豐富的實踐經驗。本書的目標是培養讀者獨立完成復雜數字邏輯設計的能力，為他們在數字集成電路設計領域的發展打下堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書初讀起來，給我的感覺就像是打開瞭一扇通往電子設計宇宙的大門，雖然我之前對數字邏輯電路有一些零散的瞭解，但係統的知識架構一直是個難題。這本書的敘事方式非常平易近人，作者似乎非常懂得初學者的思維定勢和常見的睏惑點，總能在關鍵的轉摺處給齣清晰的界定和詳盡的圖示。我尤其欣賞它在基礎概念鋪陳上的耐心，比如對布爾代數到邏輯門電路的推導，不是簡單地羅列公式，而是通過實際的電路圖和真值錶的對比，將抽象的數學邏輯轉化為可見的物理行為。這種循序漸進的講解，極大地增強瞭我對後續復雜模塊理解的信心。它沒有急於展示那些炫酷的高速設計，而是紮紮實實地夯實瞭底層的“地基”，讓人感覺每掌握一個知識點，就仿佛在數字世界的地基上又穩固地砌瞭一塊磚。對於一個想要從“會用”到“理解”的實踐者來說，這種由淺入深的引導價值無可估量，它避免瞭那種一上來就用大量專業術語把人嚇退的傳統教材的弊病，讀起來有一種與老工程師麵對麵交流的踏實感。

評分☆☆☆☆☆

作為一名已經有些年頭的老兵，我經常會遇到一些老舊項目維護的問題，那些早期的設計文檔往往語焉不詳，甚至存在一些“黑魔法”般的代碼段。我抱著試探的心態拿起這本書，希望從中能找到一些現代化的視角來重新審視那些遺留問題。讓我驚喜的是，書中對於“好的代碼規範”和“可讀性”的強調，遠超我預期的嚴肅性。它不僅展示瞭如何讓電路工作，更在反復強調如何讓電路在未來仍然易於理解和修改。例如，它對信號命名、模塊層次劃分的建議，以及對屬性（Attributes）的閤理運用，都體現瞭一種工程上的嚴謹和對未來的責任感。讀到這些部分，我仿佛在與一位非常注重“工程藝術”的同行對話，這種對細節的打磨和對職業素養的堅持，讓這本書的價值超齣瞭單純的技術指導範疇，上升到瞭工程哲學的層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和視覺呈現也值得稱贊，它避免瞭傳統技術書籍那種灰暗、密集的文字堆砌，大量高質量的圖錶和代碼區塊的規範化處理，讓長時間閱讀的疲勞感減輕瞭不少。特彆是那些流程圖和時序圖，標注得清晰準確，極大地輔助瞭對異步和同步電路之間交互的理解。我發現自己不再需要頻繁地在不同頁麵間跳轉來確認一個信號的延遲或一個時鍾域交叉的處理方式，因為關鍵信息都被整閤在瞭最直觀的圖形化錶達中。當然，如果說有什麼可以改進的地方，或許是某些高級應用場景的實例可以再多一些，比如在低功耗設計或者特定的IP核接口實現上，可以提供更具前瞻性的視角。但總體而言，它成功地將一門相對硬核的技術，用一種視覺友好的方式呈現齣來，這對於提升學習興趣和保持閱讀連貫性，是非常關鍵的因素。

評分☆☆☆☆☆

這本書在我桌上已經放瞭不短的時間，但我發現它並不是那種“讀完一遍就束之高閣”的參考書。相反，每當我在設計中遇到邏輯混淆或者需要快速迴顧某個關鍵概念（比如如何精確控製時鍾域同步的跨度），我都會習慣性地翻到相關章節。它像一本精心製作的“工具箱”，裏麵的工具擺放得井井有條，拿取方便。我尤其欣賞它在解釋如何將高層次的抽象需求映射到底層硬件資源（如FPGA內部的查找錶LUT或觸發器FF）時的那份細膩。它沒有將硬件資源視為一個不可見的“黑箱”，而是清晰地展示瞭代碼是如何被“翻譯”成物理單元的，這對於進行性能優化至關重要。通過這本書，我學會瞭如何通過優化VHDL結構來直接影響最終的資源分配和運行頻率，這是一種從“使用者”到“掌控者”的質的飛躍，絕對是數字電路學習者案頭必備的良伴。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個項目需求驅動下開始翻閱這本資料的，當時急需快速掌握一套成熟的設計流程，而市麵上很多資料要麼過於側重理論推導，要麼就是直接堆砌代碼實例，缺乏對整個設計方法論的係統梳理。這本書的獨特之處在於，它將“設計思維”融入瞭技術的講解之中。它不僅僅是在教你如何寫VHDL代碼，更是在教你如何像一個真正的硬件工程師那樣去思考問題——如何將一個復雜的功能需求分解成可管理的、可驗證的模塊，如何選擇閤適的結構來實現最優化的性能和資源占用。書中對於時序邏輯和組閤邏輯的設計邊界處理，以及如何利用狀態機來管理復雜流程的案例分析，簡直是教科書級彆的範例。我特彆留意瞭它在描述仿真和綜閤流程時的章節，那種將理論與EDA工具鏈無縫對接的講解，極大地縮短瞭我將設計從紙麵轉化為實際硬件模型的時間。它不是一本純粹的語言參考手冊，而更像是一份實戰指南，時刻提醒讀者，代碼的最終目的是實現高效且可靠的硬件功能。