数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张） pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　FPGA是数字电路或系统设计的通用技术，利用FPGA芯片可以实现数字电路的各种功能。《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》较系统地介绍了基础数字电路的FPGA设计与实现过程。全书共6章，主要内容包括：数字电路与FPGA技术概述，数字电路基础单元的：FPGA实现，运算电路的FPGA实现，计数器的FPGA实现，存储器的FPGA实现，接口电路的FPGA实现。《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》提供了较为丰富的FPGA实验例程和设计例程，使读者通过实验和设计更加深入地了解基础数字电路的工作原理，并且逐步掌握FPGA的设计与应用技术。
　　《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》中的所有例程均是在Xilinx11.1版本仿真环境下进行的，《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》所附的光盘为学习者提供了相应的程序和工程文件。
　　《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》深入浅出，实例丰富，取材新颖，图文并茂，叙述详尽清晰，可作为电子信息类本科生和硕士研究生学习FPGA应用技术的教材，也可供从事电子电路系统设计的工程技术人员学习参考。

内页插图

目录

序
前言
第1章 数字电路与FPGA技术概述
1.1 数字电路概述
1.1.1 数字电路的特点
1.1.2 数字电路的分类
1.1.3 数字逻辑电路设计中的重要问题
1.2 C语言与Verilog HDL的区别与联系
1.2.1 C语言与Verilog HDL的区别
1.2.2 C语言与Verilog HDL的联系
1.3 FPGA基本结构介绍
1.4 时序分析和约束条件
1.4.1 周期约束
1.4.2 偏移约束
1.4.3 分组约束
1.4.4 静态路径约束
1.5 ISE与ChipScope流程及其作用与含义
1.5.1 ISE使用流程
1.5.2 ChipScope使用流程
1.6 FPGA设计原则与技巧
1.6.1 FPGA设计的原则
1.6.2 FPGA设计的技巧

第2章 数字电路基础单元的FPGA实现
2.1 组合逻辑电路的FPGA实现
2.1.1 三态门
2.1.2 编码器
2.1.3 译码器
2.1.4 数据选择器
2.1.5 数值比较器
2.1.6 奇偶校验器
小结
思考题
2.2 时序逻辑电路的FPGA实现
2.2.1 触发器
2.2.2 锁存器
2.2.3 寄存器
2.2.4 计数器
小结
思考题
2.3 状态机设计实例
2.3.1 状态机设计概述
2.3.2 序列检测器-
2.3.3 串／并转换器
小结
思考题

第3章 运算电路的PFGA实现
3.1 加法器
3.1.1 半加器和全加器
3.1.2 加法器的FPGA设计与实现
小结
思考题
3.2 乘法器
3.2.1 移位相加乘法器
3.2.2 查找表乘法器
3.2.3 加法器树乘法器
3.2.4 混合型乘法器
小结
思考题
3.3 除法器
3.3.1 原码除法运算原理
3.3.2 恢复余数法除法器
小结
思考题

第4章 计数器的FPGA实现
4.1 分频器
4.1.1 分频器的实现方式
4.1.2 分频器的FPGA设计与实现
小结
思考题
4.2 多功能数字钟的设计
4.2.1 多功能数字钟的组成
4.2.2 分模块的F'PGA设计与实现
4.2.3 板上调试过程
小结
思考题

第5章 存储器的FPGA实现
5.1 异步FIFO存储器
5.1.1 概述
5.1.2 异步FIFO存储器的结构和应用
5.2 用Gray码指针实现的异步FIFO存储器
5.2.1 Gray码
5.2.2 异步FIFO存储器的实现方案
5.2.3 仿真验证及板上调试
小结
思考题

第6章 接口电路的FPGA实现
6.1 通用异步收发器
6.1.1 概述
6.1.2 采用移位寄存器实现uART的设计
6.1.3 采用计数器实现UART的设计
小结
思考题
6.2 SPI主控制器
6.2.1 SPI接口原理
6.2.2 SPI的电路设计
小结
思考题
6.3 I2C总线
6.3.1 I2C总线特点
6.3.2 I2C总线的工作原理
6.3.3 I2C总线控制器分模块的设计
6.3.4 I2C总线控制核的设计与实现
小结
思考题
参考文献

前言/序言

《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》图书简介 内容梗概 本书是一本面向初学者，系统介绍数字电路基础知识以及如何使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）进行设计的入门级教材。全书共分为X个章节，内容循序渐进，理论讲解与实践操作相结合，旨在帮助读者快速掌握FPGA设计的核心理念和基本技能。 本书特色 理论扎实，由浅入深： 从最基本的数字逻辑门电路、组合逻辑、时序逻辑讲起，逐步深入到FPGA硬件架构、HDL（Hardware Description Language）语言（Verilog/VHDL）基础、IP核的使用、仿真与调试等关键环节。每章内容都经过精心组织，确保概念的清晰度和逻辑的连贯性。 实战导向，案例丰富： 书中穿插了大量经典的FPGA设计案例，例如：LED闪烁、按键消抖、数码管显示、简单状态机设计、UART通信接口等。这些案例均基于真实的FPGA开发板进行验证，读者可以通过模仿和修改这些案例，加深对理论知识的理解，并逐步建立起独立设计的能力。 HDL语言教学： 本书重点介绍Verilog HDL语言，这是目前FPGA设计中最常用的硬件描述语言之一。通过大量的代码示例和讲解，读者将学会如何用HDL语言描述数字电路的功能，并将其映射到FPGA硬件。书中也会提及VHDL语言，为读者提供更广阔的学习视野。 开发工具介绍与使用： 书中将详细介绍主流FPGA厂商（如Xilinx、Altera/Intel）提供的开发套件，包括集成开发环境（IDE）、综合工具、实现工具、仿真工具等。读者将了解这些工具的基本操作流程，学会如何创建工程、编写代码、进行逻辑综合、布局布线、下载程序以及进行仿真调试。 光盘资源，配套完善： 随书附带的光盘中包含了丰富的配套资源，例如：本书中所有案例的Verilog/VHDL源代码、开发板的硬件原理图、常用IP核的库文件、仿真波形文件、开发环境的试用版下载链接以及相关参考文档等。这些资源将极大地便利读者的学习和实践。 面向读者： 本书适合以下人群阅读： 电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的在校本科生、研究生。 希望跨入FPGA设计领域的技术人员和爱好者。 对数字电路设计有一定基础，但希望学习FPGA实现方式的工程师。 需要快速掌握FPGA入门知识，以应用于实际项目开发的学习者。 内容细则 第一部分：数字电路基础回顾与FPGA入门 第一章：数字逻辑基础 二进制、十进制、十六进制等数字系统。 逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其真值表和逻辑表达式。 布尔代数及其化简方法（卡诺图）。 基本组合逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、加法器、减法器等。 触发器（SR, D, JK, T）的时序特性和状态转换。 基本时序逻辑电路：寄存器、计数器、移位寄存器等。 时钟信号及其在数字电路中的作用。 时序分析基础：建立时间、保持时间、时钟偏移。 第二章：FPGA概述与开发流程 什么是FPGA？与ASIC、CPLD等数字芯片的对比。 FPGA的基本结构：查找表（LUT）、触发器、布线资源、I/O块等。 FPGA的主要厂商及其产品线介绍（Xilinx、Altera/Intel）。 FPGA的开发流程：设计输入（HDL）、逻辑综合、逻辑实现（布局布线）、仿真、下载与调试。 FPGA开发板的介绍与选择。 第三章：硬件描述语言（Verilog HDL）入门 Verilog HDL简介及其特点。 Verilog的基本语法：模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）、赋值（assign, always）。 数据类型与运算符。 行为级建模：`always`块（`combinational`, `sequential`）、`if-else`, `case`语句。 结构级建模：实例化。 参数化设计。 简单的Verilog代码示例。 第二部分：FPGA设计实践与进阶 第四章：组合逻辑电路的FPGA实现 如何使用Verilog描述组合逻辑电路。 将逻辑门、布尔表达式转换为Verilog代码。 实现加法器、减法器、多路选择器、译码器等。 通过仿真验证设计的功能。 案例：BCD码转7段数码管显示控制器。 第五章：时序逻辑电路的FPGA实现 如何使用Verilog描述时序逻辑电路。 `reg`类型变量在时序逻辑中的作用。 状态机的概念与设计方法（Moore, Mealy）。 实现寄存器、计数器（同步/异步，加/减）。 实现移位寄存器。 案例：LED流水灯控制器。 案例：按键消抖电路。 第六章：FPGA常用IP核的使用 什么是IP核？IP核的优势。 IP核的分类：功能IP、通用IP、专用IP。 如何调用和配置IP核（例如，时钟管理器、DRAM控制器、UART控制器等）。 书中的光盘将提供一些常用的IP核示例。 第七章：仿真与调试 仿真在FPGA设计中的重要性。 创建仿真测试平台（testbench）。 Verilog中的仿真控制语句（`initial`, `forever`, `$finish`等）。 使用仿真工具（如ModelSim, Vivado Simulator）进行仿真。 分析仿真波形，查找设计错误。 硬件调试基础：使用逻辑分析仪，JTAG调试接口。 案例：对前面设计的模块进行仿真验证。 第八章：FPGA开发工具链实战 以主流FPGA开发板为例，详细介绍开发流程。 创建工程、添加源文件、设置约束文件（`.xdc`或`.ucf`）。 逻辑综合过程：理解综合报告。 布局布线过程：理解实现报告。 生成配置文件（Bitstream）。 将配置文件下载到FPGA开发板。 实操演示：将一个简单设计的程序下载到开发板并观察现象。 第三部分：拓展与深入 第九章：简单的通信接口设计 串行通信与并行通信。 UART（通用异步收发器）协议原理。 使用Verilog实现一个简单的UART发送/接收模块。 如何将UART模块与PC进行通信（需要配合PC端上位机软件）。 案例：FPGA与PC的UART通信。 第十章：FPGA设计中的进阶概念（初步介绍） 异步复位与同步复位。 时钟域交叉问题。 低功耗设计入门。 资源共享与代码优化。 本章将简要介绍这些概念，为读者后续深入学习打下基础。 光盘内容预览 全书所有Verilog/VHDL源代码： 包含书中提及的所有设计案例，可直接用于学习、修改和扩展。 开发板硬件原理图： 方便读者理解开发板的硬件连接和资源分配。 常用IP核库： 一些常用的IP核模块，方便读者快速集成。 开发工具下载链接及试用版： 指导读者获取和安装所需的FPGA开发软件。 仿真波形文件： 预先生成好的仿真波形，方便读者对照学习。 参考文档与教程： 推荐相关的在线资源、官方文档和进阶教程。 结论 《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》是一本集理论、实践、工具应用为一体的FPGA入门教材。本书内容丰富，结构清晰，案例实用，配套资源完善，是初学者踏入FPGA设计领域的理想选择。通过本书的学习，读者将能够系统地掌握数字电路在FPGA上的设计原理和实现方法，为今后的深入学习和实际项目开发奠定坚实的基础。