Verilog HDL數字係統設計及仿真(第2版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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於斌 著

圖書標籤:

• Verilog HDL
• 數字係統設計
• 仿真
• FPGA
• 數字電路
• 硬件描述語言
• 可編程邏輯器件
• EDA工具
• 電子工程
• 高等教育

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121330100

商品編碼：29927624295

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2018-01-01

基本信息

書名：Verilog HDL數字係統設計及仿真(第2版)

定價：69.00元

作者：於斌

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2018-01-01

ISBN：9787121330100

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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（1）版齣版以來，獲得讀者的廣泛歡迎，根據讀者的寶貴意見和建議，以及他們的具體應用的情況，進行改版。 （2）根據用戶建議、結閤相關企業應用的需求和高校教學需求修訂瞭版內容。相對版本，本書刪減瞭一些使用頻率較低的語法，減輕瞭讀者掌握語法的難度，同時增加瞭一些實例，使讀者有更多可以學習和揣摩的範例，能更好地理解代碼的設計。

內容提要

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Verilog HDL是一種使用廣泛的硬件描述語言，目前在無論是集成電路還是嵌入式設計的相關專業都會使用到這種硬件描述語言。市麵上介紹Verilog HDL的教材非常廣泛，各有不同的偏重。 在版廣泛應用的基礎上，吸收瞭眾多讀者的寶貴建議，大幅完善瞭第2版內容。本書著重從設計角度入手，每章都力求讓讀者掌握一種設計方法，能夠利用本章知識進行完整的設計，從模塊的角度逐步完成對Verilog HDL語法的學習，從而在整體上掌握Verilog HDL語法。為瞭達到這個目的，每章中都會給齣使用本章知識完成的實例，按照門級、數據流級、行為級、任務和函數、測試模塊、可綜閤設計和完整實例的順序嚮讀者介紹Verilog HDL的語法和使用方式。書中齣現的所有代碼均經過仿真，力求準確，另外配套有書中所有實例源文件和實例操作的視頻講解。

目錄

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目 錄
章 Verilog HDL入門簡介1
1.1 集成電路設計流程簡介1
1.2 數字電路設計範例3
1.3 Verilog HDL建模範例5
1.4 兩種硬件描述語言9
第2章 Verilog HDL門級建模10
2.1 門級建模範例10
2.2 門級建模基本語法12
2.2.1 模塊定義12
2.2.2 端口聲明13
2.2.3 門級調用14
2.2.4 模塊實例化17
2.2.5 內部連綫聲明20
2.3 MOS開關與UDP21
2.4 層次化設計22
2.5 應用實例22
實例2-1—4位全加器的門級建模22
實例2-2—2-4譯碼器的門級建模25
實例2-3—主從D觸發器的門級建模27
實例2-4—1位比較器的門級建模28
2.6 習題30
第3章 Verilog HDL數據流級建模31
3.1 數據流級建模範例31
3.2 數據流級建模基本語法32
3.3 操作數33
3.3.1 數字33
3.3.2 參數35
3.3.3 綫網37
3.3.4 寄存器38
3.4 操作符39
3.4.1 算術操作符39
3.4.2 按位操作符39
3.4.3 邏輯操作符40
3.4.4 關係操作符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 縮減操作符43
3.4.9 條件操作符43
3.4.10 操作符優先級44
3.5 應用實例45
實例3-1—4位全加器的數據流級建模45
實例3-2—2-4譯碼器的數據流級建模47
實例3-3—主從D觸發器的數據流級建模49
實例3-4—4位比較器的數據流級建模50
3.6 習題51
第4章 Verilog HDL行為級建模53
4.1 行為級建模範例53
4.2 initial結構和always結構56
4.2.1 initial結構56
4.2.2 always結構58
4.3 順序塊和並行塊61
4.3.1 順序塊61
4.3.2 並行塊62
4.3.3 塊的嵌套63
4.4 if語句64
4.5 case語句67
4.6 循環語句69
4.6.1 while循環69
4.6.2 for循環70
4.6.3 repeat循環71
4.6.4 forever循環71
4.7 過程性賦值語句72
4.7.1 阻塞性賦值語句72
4.7.2 非阻塞性賦值語句72
4.8 應用實例74
實例4-1—4位全加器的行為級建模74
實例4-2—簡易ALU電路的行為級建模75
實例4-3—下降沿觸發D觸發器的行為級建模77
實例4-4—十進製計數器的行為級建模78
4.9 習題80
第5章 任務、函數與編譯指令81
5.1 任務81
5.1.1 任務的聲明和調用82
5.1.2 自動任務84
5.2 函數86
5.2.1 函數的聲明和調用87
5.2.2 任務與函數的比較89
5.3 係統任務和係統函數89
5.3.1 顯示任務90
5.3.2 監視任務93
5.3.3 仿真控製任務94
5.3.4 函數95
5.3.5 文件控製任務96
5.3.6 值變轉儲任務100
5.4 編譯指令102
5.4.1 `define102
5.4.2 `include104
5.4.3 `timescale105
5.5 完整的module參考模型108
5.6 應用實例109
實例5-1—信號同步任務109
實例5-2—階乘任務110
實例5-3—可控移位函數111
實例5-4—偶校驗任務112
實例5-5—算術邏輯函數114
5.7 習題115
第6章 Verilog HDL測試模塊117
6.1 測試模塊範例117
6.2 時鍾信號119
6.3 復位信號120
6.4 測試嚮量122
6.5 響應監控123
6.6 仿真中對信號的控製127
6.7 代碼覆蓋129
6.8 應用實例130
實例6-1—組閤邏輯的測試模塊130
實例6-2—時序邏輯的測試模塊132
實例6-3—除法器的測試模塊135
6.9 習題138
第7章 可綜閤模型設計139
7.1 邏輯綜閤過程139
7.2 延遲142
7.3 再談阻塞賦值與非阻塞賦值148
7.4 可綜閤語法155
7.5 代碼風格157
7.5.1 多重驅動問題157
7.5.2 敏感列錶不完整158
7.5.3 分支情況不全158
7.5.4 組閤和時序混閤設計159
7.5.5 邏輯簡化160
7.5.6 流水綫思想160
7.6 應用實例164
實例7-1—SR鎖存器延遲模型164
實例7-2—超前進位加法器165
實例7-3—移位除法器模型169
7.7 習題174
第8章 有限狀態機設計175
8.1 有限狀態機簡介175
8.2 兩種紅綠燈電路的狀態機模型176
8.2.1 moore型紅綠燈176
8.2.2 mealy型紅綠燈181
8.3 深入理解狀態機183
8.3.1 一段式狀態機184
8.3.2 兩段式狀態機188
8.3.3 三段式狀態機190
8.3.4 狀態編碼的選擇198
8.4 應用實例199
實例8-1—獨熱碼狀態機199
實例8-2—格雷碼狀態機203
實例8-3—序列檢測模塊207
8.5 習題211
第9章 常見功能電路的HDL模型212
9.1 鎖存器與觸發器212
9.2 編碼器與譯碼器220
9.3 寄存器223
9.4 計數器228
9.5 分頻器232
9.6 乘法器238
9.7 存儲單元246
9.8 習題250
0章 完整的設計實例251
10.1 異步FIFO251
10.1.1 異步FIFO的介紹與整體結構251
10.1.2 亞穩態的處理253
10.1.3 空滿狀態的判斷254
10.1.4 子模塊設計257
10.1.5 整體仿真結果265
10.2 三角函數計算器268
10.2.1 設計要求的提齣268
10.2.2 數據格式268
10.2.3 算法的選擇與原理結構269
10.2.4 確定總體模塊272
10.2.5 內部結構的劃分272
10.2.6 分頻器模塊274
10.2.7 控製模塊274
10.2.8 迭代設計模塊279
10.2.9 功能仿真與時序仿真293
10.3 簡易CPU模型296
10.3.1 教學模型的要求296
10.3.2 指令格式的確定297
10.3.3 整體結構劃分298
10.3.4 控製模塊設計299
10.3.5 其餘子模塊設計304
10.3.6 功能仿真與時序仿真308
1章 實驗312
實驗一 簡單組閤邏輯電路設計（學生版）312
實驗一 輔導版314
實驗二 行為級模型設計（學生版）319
實驗二 輔導版321
實驗三 利用FPGA驗證設計功能（學生版）326
實驗三 輔導版327
實驗四 任務與函數的設計（學生版）332
實驗四 輔導版334
實驗五 流水綫的使用（學生版）337
實驗五 輔導版339
實驗六 信號發生器設計（學生版）342
實驗六 輔導版344
實驗七 有限狀態機的設計（學生版）347
實驗七 輔導版348
2章 課程設計356
選題一 齣租車計費器356
選題二 智力搶答器362
選題三 點陣顯示369
選題四 自動售貨機373
選題五 籃球24秒計時379
選題六 乒乓球遊戲電路384
選題七 CRC檢測398
選題八 堆棧設計404
選題九 數字鬧鍾410
選題十 漢明碼編譯碼器418
附錄A 課程測試樣捲424
附錄B 習題及樣捲答案429

作者介紹

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作者團隊主要負責人謝龍漢，華南理工大學機械與汽車工程學院，副院長，教授。2002年畢業於浙江大學過程裝備與控製工程專業本科，在浙江大學華工過程機械研究所取得碩士學位，之後在廣州本田汽車有限公司研發中心工作過兩年，2010年獲得香港中文大學機械與自動化工程係的博士學位。外學術期刊上發錶30多篇學術論文，寫作經驗豐富，作品技術含量高，實用性強。

文摘

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序言

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好的，為您提供一份不包含《Verilog HDL數字係統設計及仿真（第2版）》內容的圖書簡介，內容詳盡，力求自然流暢。 --- 圖書名稱：電路與電子係統設計原理與實踐 圖書簡介 本書旨在為讀者構建一個全麵、深入的現代電子係統設計知識體係。我們超越瞭單一硬件描述語言的範疇，聚焦於電子工程領域的核心原理、設計流程與前沿實踐。本書結構清晰，內容涵蓋瞭從基礎理論到復雜係統實現的完整路徑，適閤電子工程、通信工程、計算機科學等專業的學生、工程師以及希望係統提升自身能力的專業人士。 第一部分：電子係統的基石——模擬與數字基礎的融匯 本部分深入探討瞭構建現代電子係統的必要理論基礎。 1. 信號與係統分析 我們從信號與係統的基本概念入手，詳細講解瞭傅裏葉分析、拉普拉斯變換在係統分析中的應用。重點討論瞭綫性時不變（LTI）係統的特性、頻率響應分析及其在濾波器設計中的基礎作用。不同於僅關注理想模型的討論，本書強調瞭在實際非理想電路中，這些理論如何指導我們進行信號的完整性分析和噪聲抑製策略的製定。 2. 半導體器件與基礎電路 本章係統迴顧瞭半導體PN結、BJT和MOSFET的工作原理。在此基礎上，我們詳細剖述瞭晶體管作為開關和放大器的工作模式。對於數字電路設計師而言，理解MOSFET的亞閾值導電、閾值電壓對功耗和速度的影響至關重要。我們提供瞭大量的I-V特性麯綫分析，幫助讀者建立器件物理特性與宏觀電路性能之間的直觀聯係。 3. 模擬電路設計核心 本部分是電路設計實踐的關鍵。我們聚焦於運算放大器（Op-Amp）的非理想特性分析，包括失調電壓、共模抑製比（CMRR）和增益帶寬積（GBWP）。隨後，我們係統介紹瞭反饋理論，並將其應用於設計高精度、寬帶寬的經典模擬模塊，如積分器、有源濾波器（薩倫-凱、巴特沃斯等拓撲）。設計實例將側重於使用標準工藝庫進行實際參數匹配和仿真驗證。 4. 組閤邏輯與時序邏輯的數學描述 本章迴歸到離散事件係統的數學基礎。我們使用布爾代數和卡諾圖（Karnaugh Map）進行邏輯化簡，並引入瞭多值邏輯的概念。在時序邏輯方麵，重點講解瞭觸發器（Flip-Flops）的建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）約束，並分析瞭鎖存器（Latches）的競爭冒險（Race Condition）問題，為後續的同步時序設計打下堅實基礎。 第二部分：係統級設計方法與高級數字架構 本部分將讀者的視野從單個門電路提升到整個係統的架構層麵，探討如何高效地實現復雜的數字算法。 1. 硬件描述語言（HDL）的選擇與高級建模 在探討具體硬件描述語言時，我們側重於其在係統級建模中的應用，而非語法細節。本書介紹瞭如何利用高層次綜閤（HLS）的思維框架，使用結構化描述、行為描述和數據流描述等多種範式來錶達設計意圖。重點分析瞭抽象層次如何影響綜閤結果和設計收斂性，並對比瞭不同描述方法在寄存器傳輸級（RTL）實現中的效率差異。 2. 時序分析與約束驅動設計 現代數字芯片設計的核心挑戰在於時序收斂。本章詳盡闡述瞭同步電路的時鍾域、時鍾偏斜（Clock Skew）、延遲路徑分析。我們將深入講解如何製定精確的靜態時序分析（STA）約束，包括輸入/輸齣延遲、多周期路徑和僞路徑的定義。大量的案例分析將展示如何通過設計優化（如流水綫化、資源共享）來滿足嚴格的時序指標。 3. 異步電路設計原理 針對功耗敏感和高魯棒性要求的應用，本書係統介紹瞭異步邏輯的設計方法。重點講解瞭基於四相握手協議（Four-Phase Handshake）的信號交換機製，以及毛刺（Glitch）的産生機理與抑製方法。異步設計單元（如NOR緩存、延遲單元）的構建，將幫助讀者理解在無全局時鍾控製下如何保證係統的正確性和魯棒性。 4. 低功耗設計技術 隨著移動和物聯網設備的發展，功耗成為首要考慮因素。本章全麵梳理瞭多種低功耗設計策略，包括：電源門控（Power Gating）技術、時鍾門控（Clock Gating）的應用準則、多電壓域（Multi-Voltage Domain）設計、以及基於動態電壓頻率調整（DVFS）的功耗管理。對動態功耗和靜態功耗的量化分析是本章的重點。 第三部分：係統級驗證、接口與新興技術 本部分關注從設計到最終産品的轉化過程，以及與外部世界的交互標準。 1. 係統級驗證與調試策略 有效的驗證是復雜係統成功的保障。本書不局限於波形觀察，而是側重於驗證方法學的建立。我們詳細介紹瞭約束隨機測試（Constrained Random Verification）的思想，測試平颱（Testbench）的分層結構設計，以及斷言（Assertions）在設計調試中的應用。對於驗證環境的構建，本書強調瞭可重用性和覆蓋率驅動的驗證流程。 2. 標準接口協議與總綫架構 現代係統由多個功能模塊互聯構成。本章深入解析瞭主流的片上通信協議，如I2C、SPI、UART的底層握手機製與時序要求。在係統總綫方麵，重點分析瞭AMBA AXI（Advanced eXtensible Interface）協議的關鍵特性，包括讀寫突發傳輸、亂序事務處理，以及如何構建高效的主/從設備接口。 3. 嵌入式處理器架構與加速器集成 本書探討瞭RISC-V等現代精簡指令集（RISC）處理器的核心結構，包括流水綫設計和異常處理機製。更重要的是，我們關注如何將定製化的硬件加速器（如DSP模塊、圖像處理單元）有效地集成到處理器係統中，實現高性能的異構計算，涉及中斷控製器、內存映射和DMA（直接內存訪問）的協調工作。 4. 物理實現流程概述 最後，本書簡要概述瞭從RTL代碼到最終GDSII版圖的物理實現流程，包括綜閤、布局規劃、時鍾樹綜閤（CTS）和簽核（Signoff）的環節。雖然不深入到版圖細節，但理解這些流程如何反饋到設計階段，對於工程師進行“可製造性設計”（Design for Manufacturability, DFM）至關重要。 總結 《電路與電子係統設計原理與實踐》力求提供一個橫跨模擬、數字、係統架構和驗證的統一視角。本書通過大量的工程實例和對設計權衡的深入討論，幫助讀者掌握設計高性能、低功耗、高可靠性電子係統的核心能力。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，要真正掌握Verilog HDL，光靠死記硬背語法是不夠的，更重要的是理解其在實際數字係統設計中的應用。《Verilog HDL數字係統設計及仿真(第2版)》這個標題正是我所需要的。我希望這本書能夠不僅僅停留在語言層麵，而是能夠深入講解如何利用Verilog HDL來設計各種類型的數字模塊和係統，從基礎的邏輯單元到更復雜的處理器、接口控製器等等。特彆是“數字係統設計”這部分，我期待它能提供清晰的設計流程指導，包括如何進行模塊劃分、接口定義、時序約束等。在“仿真”方麵，我希望它能教會我如何構建一個完整的仿真環境，如何編寫有效的測試用例來覆蓋各種情況，以及如何通過仿真結果來快速定位和解決設計中的Bug。一本好的教程應該能通過豐富的實例，將理論知識轉化為實踐能力，讓我能夠舉一反三。考慮到是第二版，我期待它能包含一些關於現代數字設計流程的介紹，比如在FPGA或者ASIC設計中的應用，以及一些驗證方麵的高級技巧。

評分☆☆☆☆☆

作為一名希望提升硬件設計能力的工程師，我對《Verilog HDL數字係統設計及仿真(第2版)》的期望值相當高。標題中的“數字係統設計”意味著它不僅僅是語言的羅列，更應該包含如何構建一個完整的數字係統，包括架構選擇、模塊劃分、接口定義等宏觀層麵的考慮。而“仿真”更是重中之重，因為在數字設計領域，仿真階段的投入往往能帶來遠高於實際硬件實現的産齣比。一本優秀的教材，應該能教會讀者如何有效地進行仿真，如何編寫高效且具有覆蓋率的測試用例，以及如何通過仿真結果來定位和解決設計中的問題。我很想知道這本書在講解復雜的數字係統設計時，是如何循序漸進的，是否能從基礎模塊開始，逐步構建更復雜的係統，例如流水綫、緩存、控製器等。在仿真方麵，我希望它能深入探討各種仿真模式（功能仿真、時序仿真、門級仿真等）的適用場景和操作要領，以及如何利用仿真波形分析工具來調試代碼。考慮到是第二版，我也期待它能包含一些關於驗證方法學的內容，例如約束隨機測試、覆蓋率分析等，這些都是現代數字設計中不可或缺的環節。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題非常直白，直指Verilog HDL在數字係統設計與仿真領域的應用，而且是第二版，這通常意味著內容會比第一版更加充實和完善。從書名來看，它應該涵蓋瞭Verilog HDL的基礎語法、常用模塊設計，以及如何利用仿真工具驗證設計的正確性。我個人對數字電路設計非常感興趣，尤其是如何將理論知識轉化為實際的硬件實現。Verilog HDL作為一種硬件描述語言，是實現這一目標的關鍵。一本好的教程不僅要講解語言本身，更要結閤實際的工程案例，帶領讀者一步步理解設計流程。我很期待這本書能否在這一點上做得齣色，比如是否提供瞭豐富的例程，從簡單的邏輯門到復雜的IP核，能否讓讀者在動手實踐中鞏固所學。此外，對於仿真部分的講解，如果能夠詳細介紹各種仿真器（如Modelsim, VCS等）的基本操作和高級技巧，以及如何編寫有效的測試平颱，那麼這本書的實用價值將大大提升。畢竟，沒有經過充分仿真的設計很難被認為是可靠的。第二版通常意味著作者對初版進行瞭一定的修訂和補充，希望在內容上能夠緊跟行業發展，例如一些新的設計方法論或者更先進的FPGA/ASIC設計流程。

評分☆☆☆☆☆

對於任何一個在數字IC設計領域摸爬滾打的工程師來說，一本好的Verilog HDL參考書是必不可少的。《Verilog HDL數字係統設計及仿真(第2版)》這個書名聽起來就很有分量，而且“第2版”意味著它經過瞭時間的沉澱和讀者的反饋。我特彆關注的是它在“數字係統設計”這一塊的深度。是僅僅停留在語法層麵，還是能深入到如何構建大型、復雜的數字係統？比如，關於時序設計、流水綫技術、中斷處理、DMA控製器等高級話題，是否會有詳盡的講解和案例？在我看來，一本優秀的教材應該能引導讀者理解不同設計風格（如行為級、寄存器傳輸級、門級）的優劣，以及在不同場景下的最佳實踐。至於“仿真”，這更是重中之重。我希望這本書能講解如何編寫有效的測試平颱，如何進行功能驗證、時序驗證，以及如何利用仿真工具來調試復雜的邏輯錯誤。如果它能覆蓋一些常用的EDA工具的使用技巧，例如波形分析、斷點設置、查找問題根源的方法，那將極大地提升其使用價值。

評分☆☆☆☆☆

我一直對電子工程和計算機體係結構領域充滿好奇，而Verilog HDL則是連接理論與實踐的橋梁。我希望《Verilog HDL數字係統設計及仿真(第2版)》能夠提供一個清晰、係統化的學習路徑，幫助我從零開始掌握這門強大的硬件描述語言。標題中的“數字係統設計”讓我聯想到，這本書可能不僅僅是語法講解，更側重於實際的工程應用，比如如何設計一個CPU的某個模塊，或者一個通信接口的控製器。我希望它能涵蓋各種常用的數字邏輯模塊的設計，例如狀態機、計數器、移位寄存器、存儲器接口等，並且能夠給齣詳細的設計思路和Verilog實現。在“仿真”方麵，我特彆希望能看到關於如何構建高效測試平颱的講解，包括如何生成激勵信號、如何檢查輸齣結果，以及如何使用仿真工具的調試功能。對於第二版，我希望它能融入一些最新的設計理念和技術，例如對FPGA設計流程的側重，或者一些關於低功耗設計的考慮。如果書中能有大量的實際項目案例，那就再好不過瞭，能夠讓我將學到的知識融會貫通，提升解決實際問題的能力。