Verilog HDL数字系统设计及仿真(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于斌 著

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• 高等教育

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121330100

商品编码：29927624295

包装：平装-胶订

出版时间：2018-01-01

基本信息

书名：Verilog HDL数字系统设计及仿真(第2版)

定价：69.00元

作者：于斌

出版社：电子工业出版社

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787121330100

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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（1）版出版以来，获得读者的广泛欢迎，根据读者的宝贵意见和建议，以及他们的具体应用的情况，进行改版。 （2）根据用户建议、结合相关企业应用的需求和高校教学需求修订了版内容。相对版本，本书删减了一些使用频率较低的语法，减轻了读者掌握语法的难度，同时增加了一些实例，使读者有更多可以学习和揣摩的范例，能更好地理解代码的设计。

内容提要

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Verilog HDL是一种使用广泛的硬件描述语言，目前在无论是集成电路还是嵌入式设计的相关专业都会使用到这种硬件描述语言。市面上介绍Verilog HDL的教材非常广泛，各有不同的偏重。 在版广泛应用的基础上，吸收了众多读者的宝贵建议，大幅完善了第2版内容。本书着重从设计角度入手，每章都力求让读者掌握一种设计方法，能够利用本章知识进行完整的设计，从模块的角度逐步完成对Verilog HDL语法的学习，从而在整体上掌握Verilog HDL语法。为了达到这个目的，每章中都会给出使用本章知识完成的实例，按照门级、数据流级、行为级、任务和函数、测试模块、可综合设计和完整实例的顺序向读者介绍Verilog HDL的语法和使用方式。书中出现的所有代码均经过仿真，力求准确，另外配套有书中所有实例源文件和实例操作的视频讲解。

目录

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目 录
章 Verilog HDL入门简介1
1.1 集成电路设计流程简介1
1.2 数字电路设计范例3
1.3 Verilog HDL建模范例5
1.4 两种硬件描述语言9
第2章 Verilog HDL门级建模10
2.1 门级建模范例10
2.2 门级建模基本语法12
2.2.1 模块定义12
2.2.2 端口声明13
2.2.3 门级调用14
2.2.4 模块实例化17
2.2.5 内部连线声明20
2.3 MOS开关与UDP21
2.4 层次化设计22
2.5 应用实例22
实例2-1—4位全加器的门级建模22
实例2-2—2-4译码器的门级建模25
实例2-3—主从D触发器的门级建模27
实例2-4—1位比较器的门级建模28
2.6 习题30
第3章 Verilog HDL数据流级建模31
3.1 数据流级建模范例31
3.2 数据流级建模基本语法32
3.3 操作数33
3.3.1 数字33
3.3.2 参数35
3.3.3 线网37
3.3.4 寄存器38
3.4 操作符39
3.4.1 算术操作符39
3.4.2 按位操作符39
3.4.3 逻辑操作符40
3.4.4 关系操作符41
3.4.5 等式操作符41
3.4.6 移位操作符42
3.4.7 拼接操作符42
3.4.8 缩减操作符43
3.4.9 条件操作符43
3.4.10 操作符优先级44
3.5 应用实例45
实例3-1—4位全加器的数据流级建模45
实例3-2—2-4译码器的数据流级建模47
实例3-3—主从D触发器的数据流级建模49
实例3-4—4位比较器的数据流级建模50
3.6 习题51
第4章 Verilog HDL行为级建模53
4.1 行为级建模范例53
4.2 initial结构和always结构56
4.2.1 initial结构56
4.2.2 always结构58
4.3 顺序块和并行块61
4.3.1 顺序块61
4.3.2 并行块62
4.3.3 块的嵌套63
4.4 if语句64
4.5 case语句67
4.6 循环语句69
4.6.1 while循环69
4.6.2 for循环70
4.6.3 repeat循环71
4.6.4 forever循环71
4.7 过程性赋值语句72
4.7.1 阻塞性赋值语句72
4.7.2 非阻塞性赋值语句72
4.8 应用实例74
实例4-1—4位全加器的行为级建模74
实例4-2—简易ALU电路的行为级建模75
实例4-3—下降沿触发D触发器的行为级建模77
实例4-4—十进制计数器的行为级建模78
4.9 习题80
第5章 任务、函数与编译指令81
5.1 任务81
5.1.1 任务的声明和调用82
5.1.2 自动任务84
5.2 函数86
5.2.1 函数的声明和调用87
5.2.2 任务与函数的比较89
5.3 系统任务和系统函数89
5.3.1 显示任务90
5.3.2 监视任务93
5.3.3 仿真控制任务94
5.3.4 函数95
5.3.5 文件控制任务96
5.3.6 值变转储任务100
5.4 编译指令102
5.4.1 `define102
5.4.2 `include104
5.4.3 `timescale105
5.5 完整的module参考模型108
5.6 应用实例109
实例5-1—信号同步任务109
实例5-2—阶乘任务110
实例5-3—可控移位函数111
实例5-4—偶校验任务112
实例5-5—算术逻辑函数114
5.7 习题115
第6章 Verilog HDL测试模块117
6.1 测试模块范例117
6.2 时钟信号119
6.3 复位信号120
6.4 测试向量122
6.5 响应监控123
6.6 仿真中对信号的控制127
6.7 代码覆盖129
6.8 应用实例130
实例6-1—组合逻辑的测试模块130
实例6-2—时序逻辑的测试模块132
实例6-3—除法器的测试模块135
6.9 习题138
第7章 可综合模型设计139
7.1 逻辑综合过程139
7.2 延迟142
7.3 再谈阻塞赋值与非阻塞赋值148
7.4 可综合语法155
7.5 代码风格157
7.5.1 多重驱动问题157
7.5.2 敏感列表不完整158
7.5.3 分支情况不全158
7.5.4 组合和时序混合设计159
7.5.5 逻辑简化160
7.5.6 流水线思想160
7.6 应用实例164
实例7-1—SR锁存器延迟模型164
实例7-2—超前进位加法器165
实例7-3—移位除法器模型169
7.7 习题174
第8章 有限状态机设计175
8.1 有限状态机简介175
8.2 两种红绿灯电路的状态机模型176
8.2.1 moore型红绿灯176
8.2.2 mealy型红绿灯181
8.3 深入理解状态机183
8.3.1 一段式状态机184
8.3.2 两段式状态机188
8.3.3 三段式状态机190
8.3.4 状态编码的选择198
8.4 应用实例199
实例8-1—独热码状态机199
实例8-2—格雷码状态机203
实例8-3—序列检测模块207
8.5 习题211
第9章 常见功能电路的HDL模型212
9.1 锁存器与触发器212
9.2 编码器与译码器220
9.3 寄存器223
9.4 计数器228
9.5 分频器232
9.6 乘法器238
9.7 存储单元246
9.8 习题250
0章 完整的设计实例251
10.1 异步FIFO251
10.1.1 异步FIFO的介绍与整体结构251
10.1.2 亚稳态的处理253
10.1.3 空满状态的判断254
10.1.4 子模块设计257
10.1.5 整体仿真结果265
10.2 三角函数计算器268
10.2.1 设计要求的提出268
10.2.2 数据格式268
10.2.3 算法的选择与原理结构269
10.2.4 确定总体模块272
10.2.5 内部结构的划分272
10.2.6 分频器模块274
10.2.7 控制模块274
10.2.8 迭代设计模块279
10.2.9 功能仿真与时序仿真293
10.3 简易CPU模型296
10.3.1 教学模型的要求296
10.3.2 指令格式的确定297
10.3.3 整体结构划分298
10.3.4 控制模块设计299
10.3.5 其余子模块设计304
10.3.6 功能仿真与时序仿真308
1章 实验312
实验一 简单组合逻辑电路设计（学生版）312
实验一 辅导版314
实验二 行为级模型设计（学生版）319
实验二 辅导版321
实验三 利用FPGA验证设计功能（学生版）326
实验三 辅导版327
实验四 任务与函数的设计（学生版）332
实验四 辅导版334
实验五 流水线的使用（学生版）337
实验五 辅导版339
实验六 信号发生器设计（学生版）342
实验六 辅导版344
实验七 有限状态机的设计（学生版）347
实验七 辅导版348
2章 课程设计356
选题一 出租车计费器356
选题二 智力抢答器362
选题三 点阵显示369
选题四 自动售货机373
选题五 篮球24秒计时379
选题六 乒乓球游戏电路384
选题七 CRC检测398
选题八 堆栈设计404
选题九 数字闹钟410
选题十 汉明码编译码器418
附录A 课程测试样卷424
附录B 习题及样卷答案429

作者介绍

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作者团队主要负责人谢龙汉，华南理工大学机械与汽车工程学院，副院长，教授。2002年毕业于浙江大学过程装备与控制工程专业本科，在浙江大学华工过程机械研究所取得硕士学位，之后在广州本田汽车有限公司研发中心工作过两年，2010年获得香港中文大学机械与自动化工程系的博士学位。外学术期刊上发表30多篇学术论文，写作经验丰富，作品技术含量高，实用性强。

文摘

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序言

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好的，为您提供一份不包含《Verilog HDL数字系统设计及仿真（第2版）》内容的图书简介，内容详尽，力求自然流畅。 --- 图书名称：电路与电子系统设计原理与实践 图书简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入的现代电子系统设计知识体系。我们超越了单一硬件描述语言的范畴，聚焦于电子工程领域的核心原理、设计流程与前沿实践。本书结构清晰，内容涵盖了从基础理论到复杂系统实现的完整路径，适合电子工程、通信工程、计算机科学等专业的学生、工程师以及希望系统提升自身能力的专业人士。 第一部分：电子系统的基石——模拟与数字基础的融汇 本部分深入探讨了构建现代电子系统的必要理论基础。 1. 信号与系统分析 我们从信号与系统的基本概念入手，详细讲解了傅里叶分析、拉普拉斯变换在系统分析中的应用。重点讨论了线性时不变（LTI）系统的特性、频率响应分析及其在滤波器设计中的基础作用。不同于仅关注理想模型的讨论，本书强调了在实际非理想电路中，这些理论如何指导我们进行信号的完整性分析和噪声抑制策略的制定。 2. 半导体器件与基础电路 本章系统回顾了半导体PN结、BJT和MOSFET的工作原理。在此基础上，我们详细剖述了晶体管作为开关和放大器的工作模式。对于数字电路设计师而言，理解MOSFET的亚阈值导电、阈值电压对功耗和速度的影响至关重要。我们提供了大量的I-V特性曲线分析，帮助读者建立器件物理特性与宏观电路性能之间的直观联系。 3. 模拟电路设计核心 本部分是电路设计实践的关键。我们聚焦于运算放大器（Op-Amp）的非理想特性分析，包括失调电压、共模抑制比（CMRR）和增益带宽积（GBWP）。随后，我们系统介绍了反馈理论，并将其应用于设计高精度、宽带宽的经典模拟模块，如积分器、有源滤波器（萨伦-凯、巴特沃斯等拓扑）。设计实例将侧重于使用标准工艺库进行实际参数匹配和仿真验证。 4. 组合逻辑与时序逻辑的数学描述 本章回归到离散事件系统的数学基础。我们使用布尔代数和卡诺图（Karnaugh Map）进行逻辑化简，并引入了多值逻辑的概念。在时序逻辑方面，重点讲解了触发器（Flip-Flops）的建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）约束，并分析了锁存器（Latches）的竞争冒险（Race Condition）问题，为后续的同步时序设计打下坚实基础。 第二部分：系统级设计方法与高级数字架构 本部分将读者的视野从单个门电路提升到整个系统的架构层面，探讨如何高效地实现复杂的数字算法。 1. 硬件描述语言（HDL）的选择与高级建模 在探讨具体硬件描述语言时，我们侧重于其在系统级建模中的应用，而非语法细节。本书介绍了如何利用高层次综合（HLS）的思维框架，使用结构化描述、行为描述和数据流描述等多种范式来表达设计意图。重点分析了抽象层次如何影响综合结果和设计收敛性，并对比了不同描述方法在寄存器传输级（RTL）实现中的效率差异。 2. 时序分析与约束驱动设计 现代数字芯片设计的核心挑战在于时序收敛。本章详尽阐述了同步电路的时钟域、时钟偏斜（Clock Skew）、延迟路径分析。我们将深入讲解如何制定精确的静态时序分析（STA）约束，包括输入/输出延迟、多周期路径和伪路径的定义。大量的案例分析将展示如何通过设计优化（如流水线化、资源共享）来满足严格的时序指标。 3. 异步电路设计原理 针对功耗敏感和高鲁棒性要求的应用，本书系统介绍了异步逻辑的设计方法。重点讲解了基于四相握手协议（Four-Phase Handshake）的信号交换机制，以及毛刺（Glitch）的产生机理与抑制方法。异步设计单元（如NOR缓存、延迟单元）的构建，将帮助读者理解在无全局时钟控制下如何保证系统的正确性和鲁棒性。 4. 低功耗设计技术 随着移动和物联网设备的发展，功耗成为首要考虑因素。本章全面梳理了多种低功耗设计策略，包括：电源门控（Power Gating）技术、时钟门控（Clock Gating）的应用准则、多电压域（Multi-Voltage Domain）设计、以及基于动态电压频率调整（DVFS）的功耗管理。对动态功耗和静态功耗的量化分析是本章的重点。 第三部分：系统级验证、接口与新兴技术 本部分关注从设计到最终产品的转化过程，以及与外部世界的交互标准。 1. 系统级验证与调试策略 有效的验证是复杂系统成功的保障。本书不局限于波形观察，而是侧重于验证方法学的建立。我们详细介绍了约束随机测试（Constrained Random Verification）的思想，测试平台（Testbench）的分层结构设计，以及断言（Assertions）在设计调试中的应用。对于验证环境的构建，本书强调了可重用性和覆盖率驱动的验证流程。 2. 标准接口协议与总线架构 现代系统由多个功能模块互联构成。本章深入解析了主流的片上通信协议，如I2C、SPI、UART的底层握手机制与时序要求。在系统总线方面，重点分析了AMBA AXI（Advanced eXtensible Interface）协议的关键特性，包括读写突发传输、乱序事务处理，以及如何构建高效的主/从设备接口。 3. 嵌入式处理器架构与加速器集成 本书探讨了RISC-V等现代精简指令集（RISC）处理器的核心结构，包括流水线设计和异常处理机制。更重要的是，我们关注如何将定制化的硬件加速器（如DSP模块、图像处理单元）有效地集成到处理器系统中，实现高性能的异构计算，涉及中断控制器、内存映射和DMA（直接内存访问）的协调工作。 4. 物理实现流程概述 最后，本书简要概述了从RTL代码到最终GDSII版图的物理实现流程，包括综合、布局规划、时钟树综合（CTS）和签核（Signoff）的环节。虽然不深入到版图细节，但理解这些流程如何反馈到设计阶段，对于工程师进行“可制造性设计”（Design for Manufacturability, DFM）至关重要。 总结 《电路与电子系统设计原理与实践》力求提供一个横跨模拟、数字、系统架构和验证的统一视角。本书通过大量的工程实例和对设计权衡的深入讨论，帮助读者掌握设计高性能、低功耗、高可靠性电子系统的核心能力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名希望提升硬件设计能力的工程师，我对《Verilog HDL数字系统设计及仿真(第2版)》的期望值相当高。标题中的“数字系统设计”意味着它不仅仅是语言的罗列，更应该包含如何构建一个完整的数字系统，包括架构选择、模块划分、接口定义等宏观层面的考虑。而“仿真”更是重中之重，因为在数字设计领域，仿真阶段的投入往往能带来远高于实际硬件实现的产出比。一本优秀的教材，应该能教会读者如何有效地进行仿真，如何编写高效且具有覆盖率的测试用例，以及如何通过仿真结果来定位和解决设计中的问题。我很想知道这本书在讲解复杂的数字系统设计时，是如何循序渐进的，是否能从基础模块开始，逐步构建更复杂的系统，例如流水线、缓存、控制器等。在仿真方面，我希望它能深入探讨各种仿真模式（功能仿真、时序仿真、门级仿真等）的适用场景和操作要领，以及如何利用仿真波形分析工具来调试代码。考虑到是第二版，我也期待它能包含一些关于验证方法学的内容，例如约束随机测试、覆盖率分析等，这些都是现代数字设计中不可或缺的环节。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一个在数字IC设计领域摸爬滚打的工程师来说，一本好的Verilog HDL参考书是必不可少的。《Verilog HDL数字系统设计及仿真(第2版)》这个书名听起来就很有分量，而且“第2版”意味着它经过了时间的沉淀和读者的反馈。我特别关注的是它在“数字系统设计”这一块的深度。是仅仅停留在语法层面，还是能深入到如何构建大型、复杂的数字系统？比如，关于时序设计、流水线技术、中断处理、DMA控制器等高级话题，是否会有详尽的讲解和案例？在我看来，一本优秀的教材应该能引导读者理解不同设计风格（如行为级、寄存器传输级、门级）的优劣，以及在不同场景下的最佳实践。至于“仿真”，这更是重中之重。我希望这本书能讲解如何编写有效的测试平台，如何进行功能验证、时序验证，以及如何利用仿真工具来调试复杂的逻辑错误。如果它能覆盖一些常用的EDA工具的使用技巧，例如波形分析、断点设置、查找问题根源的方法，那将极大地提升其使用价值。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，要真正掌握Verilog HDL，光靠死记硬背语法是不够的，更重要的是理解其在实际数字系统设计中的应用。《Verilog HDL数字系统设计及仿真(第2版)》这个标题正是我所需要的。我希望这本书能够不仅仅停留在语言层面，而是能够深入讲解如何利用Verilog HDL来设计各种类型的数字模块和系统，从基础的逻辑单元到更复杂的处理器、接口控制器等等。特别是“数字系统设计”这部分，我期待它能提供清晰的设计流程指导，包括如何进行模块划分、接口定义、时序约束等。在“仿真”方面，我希望它能教会我如何构建一个完整的仿真环境，如何编写有效的测试用例来覆盖各种情况，以及如何通过仿真结果来快速定位和解决设计中的Bug。一本好的教程应该能通过丰富的实例，将理论知识转化为实践能力，让我能够举一反三。考虑到是第二版，我期待它能包含一些关于现代数字设计流程的介绍，比如在FPGA或者ASIC设计中的应用，以及一些验证方面的高级技巧。

评分☆☆☆☆☆

我一直对电子工程和计算机体系结构领域充满好奇，而Verilog HDL则是连接理论与实践的桥梁。我希望《Verilog HDL数字系统设计及仿真(第2版)》能够提供一个清晰、系统化的学习路径，帮助我从零开始掌握这门强大的硬件描述语言。标题中的“数字系统设计”让我联想到，这本书可能不仅仅是语法讲解，更侧重于实际的工程应用，比如如何设计一个CPU的某个模块，或者一个通信接口的控制器。我希望它能涵盖各种常用的数字逻辑模块的设计，例如状态机、计数器、移位寄存器、存储器接口等，并且能够给出详细的设计思路和Verilog实现。在“仿真”方面，我特别希望能看到关于如何构建高效测试平台的讲解，包括如何生成激励信号、如何检查输出结果，以及如何使用仿真工具的调试功能。对于第二版，我希望它能融入一些最新的设计理念和技术，例如对FPGA设计流程的侧重，或者一些关于低功耗设计的考虑。如果书中能有大量的实际项目案例，那就再好不过了，能够让我将学到的知识融会贯通，提升解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题非常直白，直指Verilog HDL在数字系统设计与仿真领域的应用，而且是第二版，这通常意味着内容会比第一版更加充实和完善。从书名来看，它应该涵盖了Verilog HDL的基础语法、常用模块设计，以及如何利用仿真工具验证设计的正确性。我个人对数字电路设计非常感兴趣，尤其是如何将理论知识转化为实际的硬件实现。Verilog HDL作为一种硬件描述语言，是实现这一目标的关键。一本好的教程不仅要讲解语言本身，更要结合实际的工程案例，带领读者一步步理解设计流程。我很期待这本书能否在这一点上做得出色，比如是否提供了丰富的例程，从简单的逻辑门到复杂的IP核，能否让读者在动手实践中巩固所学。此外，对于仿真部分的讲解，如果能够详细介绍各种仿真器（如Modelsim, VCS等）的基本操作和高级技巧，以及如何编写有效的测试平台，那么这本书的实用价值将大大提升。毕竟，没有经过充分仿真的设计很难被认为是可靠的。第二版通常意味着作者对初版进行了一定的修订和补充，希望在内容上能够紧跟行业发展，例如一些新的设计方法论或者更先进的FPGA/ASIC设计流程。