EDA技术与Verilog HDL设计/普通高等院校电子电气类“十二五”规划系列教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《EDA技术与Verilog HDL设计/普通高等院校电子电气类“十二五”规划系列教材》是针对普通高等院校应用型人才培养而编写的教材，同时可作为相关专业技术人员的参考用书。其主要内容包括：EDA技术慨述、FPGA／CPLD器件结构及其应用、QuartusⅡ集成开发工具及其应用、VeritogHDL结构与要素、VerilogHDL基本语句。
　　此外，《EDA技术与Verilog HDL设计/普通高等院校电子电气类“十二五”规划系列教材》在专门章节给出了EDA设计实例与EDA技术实验，以强化学生对基本知识的理解和掌握。
　　《EDA技术与Verilog HDL设计/普通高等院校电子电气类“十二五”规划系列教材》的特色如下：注重实用性，突出实践环节及其特点，把学生引入实际工作环境，强化学生实践能力；体现“问题驱动”的教学思想，融入操作性强、贴近实践的教学实例，遵循“提出问题-分析问题-解决问题”这一认知规律，用“问题”驱动教学，以便于教师授课和启发学生思考。

目录

第1章 EDA技术概述
1.1 EDA技术的发展历程
1.2 EDA技术的特征及设计流程
1.3 EDA技术的发展趋势
1.4 本书的主要内容及学习重点
习题

第2章 FPGA／CPLD器件结构及其应用
2.1 PLD器件概述
2.2 低密度PLD器件的工作原理与基本结构
2.3 常用CPLD器件的工作原理与结构
2.4 常用FPGA器件的工作原理与结构
2.5 可编程逻辑器件的边界扫描测试技术简介
2.6 常用FPGA／CPLD器件的编程与配置
2.7 常用FPGA／CPLD器件概述
2.8 常用FPGA／CPLD器件的标识及选择
2.9 FPGA／CPLD的发展趋势
习题

第3章 Quartus Ⅱ集成开发工具及其应用
3.1 Quartus Ⅱ设计流程概述
3.2 Quartus Ⅱ开发环境主界面
3.3 Quarlus Ⅱ的基本操作——原理图输入法
3.4 Quarlus Ⅱ的基本操作——文本输入法
3.5 基于宏功能模块与IP的设计
3.6 设计优化与Quarlus Ⅱ简介
习题

第4章 Verilog HDL结构与要素
4.1 概述
4.2 Verilog HDL的基本结构与描述风格
4.3 Verilog HDL语法与要素
习题

第5章 Verilog HDL基本语句
5.1 Verilog HDL行为描述构成
5.2 过程语句
5.3 块语句
5.4 赋值语句
5.5 条件语句
5.6 循环语句
5.7 任务与函数
5.8 编译指示语句与系统函数简介
习题

第6章 EDA设计实例
6.1 常用组合逻辑电路设计
6.2 常用时序逻辑电路设计
6.3 存储器设计
6.4 有限状态机设计
6.5 Verilog HDL综合设计及优化
习题

第7章 EDA技术实验
7.1 EDA技术实验基本要求
7.2 Quartus Ⅱ软件使用与简单组合电路设计
7.3 8位移位寄存器的设计
7.4 带清零、使能的4位加法计数器设计
7.5 基于LPM函数的加法电路设计
7.6 深度为4的8位RAM设计
7.7 计数器及其LED显示设计
7.8 任意8位序列检测器设计
7.9 数控脉冲宽度调制信号发生器设计
习题

第8章 常见EDA实验开发系统简介
8.1 概述
8.2 Altera DE2开发板简介

参考文献

数字系统设计与验证：从原理到实践 本书旨在为读者提供一套全面深入的数字系统设计与验证知识体系。从最基础的逻辑门电路原理出发，逐步引导读者掌握现代数字集成电路设计中不可或缺的硬件描述语言（HDL）——Verilog HDL。本书不仅教授Verilog HDL的语法和语义，更注重将语言的应用与实际的数字系统设计项目相结合，帮助读者理解HDL在电路建模、仿真、综合及验证等各个环节中的关键作用。 第一部分：数字逻辑基础与Verilog HDL入门 本部分将为读者打下坚实的数字逻辑基础，并引入Verilog HDL这门强大的设计语言。 第一章：数字逻辑基础 数制与编码： 详细介绍二进制、十进制、十六进制等常用数制，以及BCD码、格雷码、ASCII码等编码方式，阐述它们在数字系统中的应用。 逻辑门与基本逻辑运算： 深入讲解AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR等基本逻辑门的功能、逻辑表达式、真值表，并介绍它们在构建复杂逻辑电路中的作用。 布尔代数与逻辑简化： 学习布尔代数的基本定律和定理，掌握卡诺图（Karnaugh Map）等逻辑化简方法，了解如何通过简化逻辑表达式来优化电路设计，减少门电路数量，提高性能。 组合逻辑电路： 介绍组合逻辑电路的特性，包括多路选择器（Multiplexer）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、加法器（Adder）、减法器（Subtractor）、比较器（Comparator）等典型组合逻辑模块的设计原理和实现方法，并展示如何使用Verilog HDL对其进行建模。 时序逻辑电路： 讲解时序逻辑电路的基本概念，包括触发器（Flip-Flop）——SR、D、JK、T触发器的结构、工作原理、状态转移图，以及锁存器（Latch）与触发器的区别。 寄存器与计数器： 介绍寄存器（Register）的构成和功能，包括移位寄存器（Shift Register）和并行加载寄存器，以及各种类型的计数器，如行波计数器（Ripple Counter）、同步计数器（Synchronous Counter）、异步计数器（Asynchronous Counter）、加减计数器（Up-Down Counter）和十进制计数器，分析其内部结构和状态转换。 状态机（Finite State Machine, FSM）： 深入讲解有限状态机的概念，区分摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的设计差异。通过实例展示如何设计状态机来控制数字系统的行为，并使用Verilog HDL对其进行建模。 时钟与时序分析基础： 介绍时钟信号在同步数字电路中的重要性，以及建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）等基本时序约束的概念。 第二章：Verilog HDL语言基础 Verilog HDL概述： 介绍Verilog HDL的起源、发展以及在电子设计自动化（EDA）领域的地位。 设计单元与模块（Module）： 学习Verilog HDL最基本的结构——模块（module），理解模块的声明、端口（port）的定义（input, output, inout）和连接。 数据类型与运算符： 掌握Verilog HDL支持的基本数据类型，如`reg`、`wire`、`integer`、`time`等，以及各种运算符（算术、逻辑、关系、按位、条件、连接等）的使用方法。 行为级建模： 学习使用`always`块、`initial`块、`if-else`语句、`case`语句、`for`循环、`while`循环等语句进行行为级建模，描述电路的功能。 数据流建模： 掌握使用`assign`语句进行连续赋值，描述组合逻辑电路的数据流向。 结构级建模： 学习如何通过实例化其他模块来构建复杂的电路结构，实现自顶向下的设计流程。 参数化设计： 理解`parameter`关键字的作用，实现模块的可配置性和重用性。 基本语法检查与代码规范： 强调编写清晰、易读、易于维护的Verilog HDL代码的重要性，介绍一些基本的代码风格和注意事项。 第二部分：Verilog HDL高级应用与设计方法 本部分将进一步深入Verilog HDL的应用，并介绍现代数字设计中关键的设计方法和验证技术。 第三章：Verilog HDL在组合逻辑设计中的应用 组合逻辑电路的Verilog HDL实现： 结合第一章介绍的组合逻辑电路，通过详细的Verilog HDL代码示例，演示如何对多路选择器、译码器、编码器、加法器、减法器、比较器等进行建模。 生成器设计： 学习如何设计用于生成特定序列或模式的电路，例如伪随机序列发生器。 可配置逻辑单元： 通过参数化设计，实现可配置逻辑单元（如可配置加法器/减法器），提高设计的灵活性。 并行数据处理： 演示如何利用Verilog HDL进行并行数据处理，如并行乘法器、DSP（Digital Signal Processing）单元的初步建模。 第四章：Verilog HDL在时序逻辑设计中的应用 时序逻辑电路的Verilog HDL实现： 详细演示触发器、寄存器、计数器、状态机的Verilog HDL建模方法。 同步器（Synchronizer）设计： 学习如何处理跨时钟域信号（Clock Domain Crossing, CDC）的问题，设计可靠的同步器。 移位寄存器与串并转换： 演示移位寄存器在串行传输、并行加载等方面的应用，以及串行-并行（SIPO）和并行-串行（PISO）转换器的设计。 复杂状态机的设计与优化： 探讨如何设计更复杂的多状态状态机，并介绍状态编码的选择对电路性能的影响。 第五章：Verilog HDL与数字系统设计流程 自顶向下与自底向上设计方法： 解释两种主流设计方法的优缺点，并演示如何在实际项目中结合使用。 层次化设计： 讲解如何通过模块化设计和实例化，构建大型、复杂的数字系统。 层次化命名与访问： 掌握如何通过层级路径访问和控制不同层次的信号和寄存器。 设计约束（Constraints）的概念： 介绍在综合和布局布线阶段对电路性能、面积、功耗提出的约束，以及如何通过Verilog HDL代码间接影响这些约束（例如，通过编码方式）。 第六章：Verilog HDL仿真与测试 仿真器工作原理简介： 简单介绍现代EDA仿真器的基本工作原理。 仿真测试平台（Testbench）设计： 学习如何创建Verilog HDL测试平台来激励被测模块（DUT, Design Under Test），并检查其输出。 激励生成： 演示如何编写代码生成各种输入激励，包括随机激励、特定场景激励和边界条件激励。 波形观察与错误检测： 讲解如何使用仿真工具的波形查看器来调试设计，以及如何编写代码进行自动化的错误检测和结果比对。 任务（Task）与函数（Function）的应用： 学习使用任务和函数来提高测试平台的复用性和可读性。 覆盖率（Coverage）概念： 介绍代码覆盖率、功能覆盖率等概念，以及它们在验证过程中的重要性。 第七章：Verilog HDL与逻辑综合 逻辑综合的概念与目的： 解释逻辑综合（Logic Synthesis）是如何将HDL代码映射到具体逻辑门和触发器的过程。 综合工具的工作流程： 介绍常用的综合工具（如Synopsys Design Compiler, Cadence Genus等）的基本工作流程。 可综合Verilog HDL子集： 强调编写可综合（Synthesizable）Verilog HDL代码的重要性，区分可综合与不可综合的语句和结构。 设计约束与综合结果： 讨论综合约束（时钟频率、时序目标、面积目标等）对综合结果的影响。 RTL（Register-Transfer Level）代码的优化： 介绍一些常见的RTL代码优化技巧，以获得更好的综合结果。 第三部分：现代数字系统设计实践与进阶 本部分将拓展到更广泛的数字系统设计领域，并介绍一些重要的设计和验证方法。 第八章：FPGA与ASIC设计流程概述 FPGA（Field-Programmable Gate Array）的结构与工作原理： 介绍FPGA的基本构成，如查找表（LUT）、触发器、布线资源等，以及其可编程特性。 FPGA设计流程： 详细介绍FPGA的典型设计流程，包括HDL编码、仿真、综合、布局布线、下载与调试。 ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）的特点： 介绍ASIC的特点，如高性能、低功耗、高集成度，以及其与FPGA的区别。 ASIC设计流程： 概述ASIC从RTL到GDSII的完整设计流程，包括前端设计（RTL设计、仿真、综合）和后端设计（布局布线、物理验证）。 选择FPGA还是ASIC的考量： 分析在不同应用场景下，选择FPGA或ASIC的权衡因素。 第九章：嵌入式系统基础与Verilog HDL接口设计 嵌入式系统概述： 介绍嵌入式系统的基本组成（处理器、存储器、外设）和常见架构。 微控制器（MCU）与专用处理器： 简要介绍不同类型的处理器及其在嵌入式系统中的作用。 总线接口设计： 讲解常见的总线协议，如AXI, AHB, APB，以及如何使用Verilog HDL设计相应的接口模块，实现处理器与外设的数据交换。 中断控制器设计： 演示如何设计中断控制器，处理来自外设的中断请求。 存储器接口设计： 介绍RAM, ROM等存储器的基本接口，以及如何连接到处理器。 第十章：数字信号处理（DSP）基础与Verilog HDL实现 DSP系统概述： 介绍DSP在通信、图像处理、音频处理等领域的应用。 基本DSP算法： 介绍一些基础的DSP算法，如FIR滤波器、IIR滤波器、FFT（快速傅里叶变换）的基本原理。 Verilog HDL在DSP中的应用： 演示如何使用Verilog HDL对简单的DSP模块进行建模，例如一个有限冲激响应（FIR）滤波器。 硬件加速器设计： 探讨如何利用Verilog HDL设计专用的硬件加速器，提高DSP算法的运算效率。 第十一章：接口协议与通信系统设计 串行通信接口： 介绍UART, SPI, I2C等常用串行通信接口的工作原理，并演示其Verilog HDL实现。 并行通信接口： 讨论并行接口的特点和应用。 网络通信接口： 简要介绍Ethernet, USB等高速通信接口的基本概念。 协议栈（Protocol Stack）概念： 简要提及通信协议栈在数据传输中的作用。 第十二章：低功耗设计与验证 低功耗设计的必要性： 阐述在移动设备、物联网等领域，低功耗设计的重要性。 功耗的来源： 分析数字电路中的动态功耗和静态功耗。 低功耗设计技术： 介绍一些常见的低功耗设计技术，如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、动态电压频率调节（DVFS）等。 低功耗验证： 讨论如何对低功耗设计进行验证，确保其在不同工作模式下的功耗表现。 第十三章：验证方法学与高级验证技术 验证的重要性与挑战： 强调验证在数字芯片设计中的关键地位，以及现代SoC（System-on-Chip）设计中验证面临的挑战。 SystemVerilog语言简介： 介绍SystemVerilog作为Verilog HDL的增强版本，在验证方面提供的强大功能，如面向对象编程、约束随机、断言（Assertions）等。 UVM（Universal Verification Methodology）： 详细介绍UVM框架，包括其组件（Sequencer, Driver, Monitor, Scoreboard, Agent等）和工作流程，以及如何利用UVM构建可重用、高效的验证平台。 形式验证（Formal Verification）： 介绍形式验证的概念，包括等价性检查（Equivalence Checking）、模型检测（Model Checking）等，以及它在确保设计正确性方面的优势。 断言（Assertions）的应用： 学习如何在设计中嵌入断言，以及如何利用断言进行实时监测和捕获错误。 附录 常用的Verilog HDL语法速查表 推荐的学习资源与工具 本书内容结构严谨，语言通俗易懂，理论与实践紧密结合。通过本书的学习，读者将能够熟练掌握Verilog HDL语言，理解数字系统设计的核心概念和流程，并为进一步深入学习FPGA/ASIC设计、嵌入式系统开发以及更复杂的硬件设计打下坚实的基础。本书适合高等院校电子信息工程、通信工程、自动化等专业的本科生、研究生，以及从事相关工作的工程师阅读。