數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張） 下載 mobi epub pdf 電子書 2026

內容簡介

　　FPGA是數字電路或係統設計的通用技術，利用FPGA芯片可以實現數字電路的各種功能。《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》較係統地介紹瞭基礎數字電路的FPGA設計與實現過程。全書共6章，主要內容包括：數字電路與FPGA技術概述，數字電路基礎單元的：FPGA實現，運算電路的FPGA實現，計數器的FPGA實現，存儲器的FPGA實現，接口電路的FPGA實現。《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》提供瞭較為豐富的FPGA實驗例程和設計例程，使讀者通過實驗和設計更加深入地瞭解基礎數字電路的工作原理，並且逐步掌握FPGA的設計與應用技術。
　　《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》中的所有例程均是在Xilinx11.1版本仿真環境下進行的，《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》所附的光盤為學習者提供瞭相應的程序和工程文件。
　　《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》深入淺齣，實例豐富，取材新穎，圖文並茂，敘述詳盡清晰，可作為電子信息類本科生和碩士研究生學習FPGA應用技術的教材，也可供從事電子電路係統設計的工程技術人員學習參考。

內頁插圖

目錄

序
前言
第1章 數字電路與FPGA技術概述
1.1 數字電路概述
1.1.1 數字電路的特點
1.1.2 數字電路的分類
1.1.3 數字邏輯電路設計中的重要問題
1.2 C語言與Verilog HDL的區彆與聯係
1.2.1 C語言與Verilog HDL的區彆
1.2.2 C語言與Verilog HDL的聯係
1.3 FPGA基本結構介紹
1.4 時序分析和約束條件
1.4.1 周期約束
1.4.2 偏移約束
1.4.3 分組約束
1.4.4 靜態路徑約束
1.5 ISE與ChipScope流程及其作用與含義
1.5.1 ISE使用流程
1.5.2 ChipScope使用流程
1.6 FPGA設計原則與技巧
1.6.1 FPGA設計的原則
1.6.2 FPGA設計的技巧

第2章 數字電路基礎單元的FPGA實現
2.1 組閤邏輯電路的FPGA實現
2.1.1 三態門
2.1.2 編碼器
2.1.3 譯碼器
2.1.4 數據選擇器
2.1.5 數值比較器
2.1.6 奇偶校驗器
小結
思考題
2.2 時序邏輯電路的FPGA實現
2.2.1 觸發器
2.2.2 鎖存器
2.2.3 寄存器
2.2.4 計數器
小結
思考題
2.3 狀態機設計實例
2.3.1 狀態機設計概述
2.3.2 序列檢測器-
2.3.3 串／並轉換器
小結
思考題

第3章 運算電路的PFGA實現
3.1 加法器
3.1.1 半加器和全加器
3.1.2 加法器的FPGA設計與實現
小結
思考題
3.2 乘法器
3.2.1 移位相加乘法器
3.2.2 查找錶乘法器
3.2.3 加法器樹乘法器
3.2.4 混閤型乘法器
小結
思考題
3.3 除法器
3.3.1 原碼除法運算原理
3.3.2 恢復餘數法除法器
小結
思考題

第4章 計數器的FPGA實現
4.1 分頻器
4.1.1 分頻器的實現方式
4.1.2 分頻器的FPGA設計與實現
小結
思考題
4.2 多功能數字鍾的設計
4.2.1 多功能數字鍾的組成
4.2.2 分模塊的F'PGA設計與實現
4.2.3 闆上調試過程
小結
思考題

第5章 存儲器的FPGA實現
5.1 異步FIFO存儲器
5.1.1 概述
5.1.2 異步FIFO存儲器的結構和應用
5.2 用Gray碼指針實現的異步FIFO存儲器
5.2.1 Gray碼
5.2.2 異步FIFO存儲器的實現方案
5.2.3 仿真驗證及闆上調試
小結
思考題

第6章 接口電路的FPGA實現
6.1 通用異步收發器
6.1.1 概述
6.1.2 采用移位寄存器實現uART的設計
6.1.3 采用計數器實現UART的設計
小結
思考題
6.2 SPI主控製器
6.2.1 SPI接口原理
6.2.2 SPI的電路設計
小結
思考題
6.3 I2C總綫
6.3.1 I2C總綫特點
6.3.2 I2C總綫的工作原理
6.3.3 I2C總綫控製器分模塊的設計
6.3.4 I2C總綫控製核的設計與實現
小結
思考題
參考文獻

前言/序言

《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》圖書簡介 內容梗概 本書是一本麵嚮初學者，係統介紹數字電路基礎知識以及如何使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）進行設計的入門級教材。全書共分為X個章節，內容循序漸進，理論講解與實踐操作相結閤，旨在幫助讀者快速掌握FPGA設計的核心理念和基本技能。 本書特色 理論紮實，由淺入深： 從最基本的數字邏輯門電路、組閤邏輯、時序邏輯講起，逐步深入到FPGA硬件架構、HDL（Hardware Description Language）語言（Verilog/VHDL）基礎、IP核的使用、仿真與調試等關鍵環節。每章內容都經過精心組織，確保概念的清晰度和邏輯的連貫性。 實戰導嚮，案例豐富： 書中穿插瞭大量經典的FPGA設計案例，例如：LED閃爍、按鍵消抖、數碼管顯示、簡單狀態機設計、UART通信接口等。這些案例均基於真實的FPGA開發闆進行驗證，讀者可以通過模仿和修改這些案例，加深對理論知識的理解，並逐步建立起獨立設計的能力。 HDL語言教學： 本書重點介紹Verilog HDL語言，這是目前FPGA設計中最常用的硬件描述語言之一。通過大量的代碼示例和講解，讀者將學會如何用HDL語言描述數字電路的功能，並將其映射到FPGA硬件。書中也會提及VHDL語言，為讀者提供更廣闊的學習視野。 開發工具介紹與使用： 書中將詳細介紹主流FPGA廠商（如Xilinx、Altera/Intel）提供的開發套件，包括集成開發環境（IDE）、綜閤工具、實現工具、仿真工具等。讀者將瞭解這些工具的基本操作流程，學會如何創建工程、編寫代碼、進行邏輯綜閤、布局布綫、下載程序以及進行仿真調試。 光盤資源，配套完善： 隨書附帶的光盤中包含瞭豐富的配套資源，例如：本書中所有案例的Verilog/VHDL源代碼、開發闆的硬件原理圖、常用IP核的庫文件、仿真波形文件、開發環境的試用版下載鏈接以及相關參考文檔等。這些資源將極大地便利讀者的學習和實踐。 麵嚮讀者： 本書適閤以下人群閱讀： 電子工程、計算機科學、自動化等相關專業的在校本科生、研究生。 希望跨入FPGA設計領域的技術人員和愛好者。 對數字電路設計有一定基礎，但希望學習FPGA實現方式的工程師。 需要快速掌握FPGA入門知識，以應用於實際項目開發的學習者。 內容細則 第一部分：數字電路基礎迴顧與FPGA入門 第一章：數字邏輯基礎 二進製、十進製、十六進製等數字係統。 邏輯門（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其真值錶和邏輯錶達式。 布爾代數及其化簡方法（卡諾圖）。 基本組閤邏輯電路：編碼器、譯碼器、多路選擇器、加法器、減法器等。 觸發器（SR, D, JK, T）的時序特性和狀態轉換。 基本時序邏輯電路：寄存器、計數器、移位寄存器等。 時鍾信號及其在數字電路中的作用。 時序分析基礎：建立時間、保持時間、時鍾偏移。 第二章：FPGA概述與開發流程 什麼是FPGA？與ASIC、CPLD等數字芯片的對比。 FPGA的基本結構：查找錶（LUT）、觸發器、布綫資源、I/O塊等。 FPGA的主要廠商及其産品綫介紹（Xilinx、Altera/Intel）。 FPGA的開發流程：設計輸入（HDL）、邏輯綜閤、邏輯實現（布局布綫）、仿真、下載與調試。 FPGA開發闆的介紹與選擇。 第三章：硬件描述語言（Verilog HDL）入門 Verilog HDL簡介及其特點。 Verilog的基本語法：模塊（module）、端口（port）、信號（wire, reg）、賦值（assign, always）。 數據類型與運算符。 行為級建模：`always`塊（`combinational`, `sequential`）、`if-else`, `case`語句。 結構級建模：實例化。 參數化設計。 簡單的Verilog代碼示例。 第二部分：FPGA設計實踐與進階 第四章：組閤邏輯電路的FPGA實現 如何使用Verilog描述組閤邏輯電路。 將邏輯門、布爾錶達式轉換為Verilog代碼。 實現加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器等。 通過仿真驗證設計的功能。 案例：BCD碼轉7段數碼管顯示控製器。 第五章：時序邏輯電路的FPGA實現 如何使用Verilog描述時序邏輯電路。 `reg`類型變量在時序邏輯中的作用。 狀態機的概念與設計方法（Moore, Mealy）。 實現寄存器、計數器（同步/異步，加/減）。 實現移位寄存器。 案例：LED流水燈控製器。 案例：按鍵消抖電路。 第六章：FPGA常用IP核的使用 什麼是IP核？IP核的優勢。 IP核的分類：功能IP、通用IP、專用IP。 如何調用和配置IP核（例如，時鍾管理器、DRAM控製器、UART控製器等）。 書中的光盤將提供一些常用的IP核示例。 第七章：仿真與調試 仿真在FPGA設計中的重要性。 創建仿真測試平颱（testbench）。 Verilog中的仿真控製語句（`initial`, `forever`, `$finish`等）。 使用仿真工具（如ModelSim, Vivado Simulator）進行仿真。 分析仿真波形，查找設計錯誤。 硬件調試基礎：使用邏輯分析儀，JTAG調試接口。 案例：對前麵設計的模塊進行仿真驗證。 第八章：FPGA開發工具鏈實戰 以主流FPGA開發闆為例，詳細介紹開發流程。 創建工程、添加源文件、設置約束文件（`.xdc`或`.ucf`）。 邏輯綜閤過程：理解綜閤報告。 布局布綫過程：理解實現報告。 生成配置文件（Bitstream）。 將配置文件下載到FPGA開發闆。 實操演示：將一個簡單設計的程序下載到開發闆並觀察現象。 第三部分：拓展與深入 第九章：簡單的通信接口設計 串行通信與並行通信。 UART（通用異步收發器）協議原理。 使用Verilog實現一個簡單的UART發送/接收模塊。 如何將UART模塊與PC進行通信（需要配閤PC端上位機軟件）。 案例：FPGA與PC的UART通信。 第十章：FPGA設計中的進階概念（初步介紹） 異步復位與同步復位。 時鍾域交叉問題。 低功耗設計入門。 資源共享與代碼優化。 本章將簡要介紹這些概念，為讀者後續深入學習打下基礎。 光盤內容預覽 全書所有Verilog/VHDL源代碼： 包含書中提及的所有設計案例，可直接用於學習、修改和擴展。 開發闆硬件原理圖： 方便讀者理解開發闆的硬件連接和資源分配。 常用IP核庫： 一些常用的IP核模塊，方便讀者快速集成。 開發工具下載鏈接及試用版： 指導讀者獲取和安裝所需的FPGA開發軟件。 仿真波形文件： 預先生成好的仿真波形，方便讀者對照學習。 參考文檔與教程： 推薦相關的在綫資源、官方文檔和進階教程。 結論 《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》是一本集理論、實踐、工具應用為一體的FPGA入門教材。本書內容豐富，結構清晰，案例實用，配套資源完善，是初學者踏入FPGA設計領域的理想選擇。通過本書的學習，讀者將能夠係統地掌握數字電路在FPGA上的設計原理和實現方法，為今後的深入學習和實際項目開發奠定堅實的基礎。