EDA技术及实验教程/普通高等教育“十二五”规划教材，电子信息科学与工程类专业规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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范秋华 编

图书标签:

• EDA技术
• EDA实验
• 电子信息科学与工程
• 电路设计
• 数字电路
• Verilog
• FPGA
• VHDL
• 可编程逻辑器件
• 教学教材

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121246951

版次：1

商品编码：11652611

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”规划教材 ，

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：轻型纸

页数：204

正文语种：中文

编辑推荐

　　《EDA技术及实验教程/普通高等教育“十二五”规划教材，电子信息科学与工程类专业规划教材》是在第一版的基础上并结合教育部优秀工程师培养计划的要求，对内容重新进行的梳理，共分为7章，继续保持了上版内容全面系统、简明易懂、循序渐进、原理与应用紧密结合的特色，修改了部分章节，并增加了一些新内容。比如，第2章增加物联网的相关知识及应用等，第4、5、6、7章增加相关技术的应用实例及设计方案等。

内容简介

　　本书实验内容由浅入深，分为基本实验、综合创新实验、应用实例；每个实验任务又分基本实验内容和扩展实验内容，便于学生自主开放式及分层次的综合创新学习。第1~2章介绍硬件知识，第3章介绍VHDL语言，第4章介绍基本实验及软件环境的使用，同时也巩固了数字电路的基本知识。第5章为综合实验，与传统实验不同的是，给出了具体的思路及参考程序和所需硬件知识，便于没有学习过EDA课程的学生一本在手，快速入门。第6章介绍4个应用实例。

作者简介

范秋华，青岛大学电工电子实验教学中心，副教授。主要从事数字电子技术基础、模拟电子技术基础、EDA、电工学的理论与实验教学。2014年5月获全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛全国一等奖。

目录

第1章 概述 1
1．1 EDA技术及其发展 1
1．2 EDA设计方法 3
1．3 可编程逻辑器件 5
1．4 硬件描述语言 6
1．5 可编程逻辑器件的未来 7
第2章 可编程逻辑器件 8
2．1 概述 8
2．1．1 PLD的发展 8
2．1．2 PLD的分类 9
2．2 简单PLD原理 10
2．3 复杂PLD原理 12
2．3．1 CPLD结构与原理 12
2．3．2　FPGA结构与原理 14
2．4 选择CPLD还是选择FPGA 17
2．5 生产PLD的四大厂商 18
第3章 VHDL设计基础 19
3．1 VHDL的基本组成 19
3．1．1 VHDL实体 20
3．1．2 VHDL结构体 21
3．1．3 VHDL库 22
3．1．4 VHDL程序包 22
3．1．5 VHDL配置 24
3．2 VHDL的基本要素 24
3．2．1 VHDL的标识符 24
3．2．2 VHDL 的数据类型 25
3．2．3 VHDL的数据对象 29
3．2．4 VHDL的运算操作符 30
3．3　VHDL的基本语句 33
3．3．1 顺序语句 33
3．3．2 并行语句 38
3．3．3 常用属性描述语句 43
3．4 VHDL的子程序 44
3．4．1 过程 45
3．4．2 函数 46
习题 47
第4章 基础实验 48
4．1 初识VHDL 48
一、实验目的 48
二、实验任务 48
三、基本实验条件 48
四、实验原理 48
五、思考题 50
六、初识VHDL实验报告 51
4．2 Quartus II 9．0环境的使用 53
一、实验目的 53
二、实验任务 53
三、基本实验条件 53
四、实验原理 53
五、实验指导 63
六、思考题 64
七、Quartus II 9．0环境的使用实验报告 65
4．3 原理图的设计及层次化设计方法一 67
一、实验目的 67
二、实验任务 67
三、基本实验条件 67
四、实验原理 67
五、实验指导 69
六、原理图的设计及层次化设计方法一实验报告 71
4．4 时序电路的设计及层次化设计方法二 73
一、实验目的 73
二、实验任务 73
三、基本实验条件 73
四、实验原理 73
五、实验指导 75
六、时序电路的设计及层次化设计方法二实验报告 77
4．5 宏功能模块的使用 79
一、实验目的 79
二、实验任务 79
三、基本实验条件 79
四、实验原理 79
五、实验指导 81
六、思考题 82
七、宏功能模块的使用实验报告 83
4．6 状态机的设计 85
一、实验目的 85
二、实验任务 85
三、基本实验条件 85
四、实验原理 85
五、实验指导 91
六、思考题 92
七、状态机的设计实验报告 93
第5章 综合实验 95
5．1 基于FPGA的电子琴设计 95
一、实验目的 95
二、实验任务 95
三、基本实验条件 95
四、实验指导 95
五、特色创新 104
六、实验注意事项 104
5．2 基于FPGA的MP3播放电路设计 104
一、实验目的 104
二、实验任务 104
三、基本实验条件 105
四、实验指导 105
五、特色创新 109
5．3　基于FPGA的VGA显示 110
一、实验目的 110
二、实验任务 110
三、基本实验条件 110
四、实验指导 110
五、实验任务 118
5．4 基于FPGA的音乐彩灯控制 118
一、实验目的 118
二、实验任务 118
三、基本实验条件 118
四、实验指导 118
五、实验思考 125
5．5 基于FPGA的4×4矩阵键盘的识别显示 126
一、实验目的 126
二、实验任务 126
三、基本实验条件 126
四、实验指导 126
五、特色创新 130
六、实验注意事项 130
5．6 基于FPGA的LED 扫描显示 130
一、实验目的 130
二、实验任务 130
三、基本实验条件 131
四、实验指导 131
五、实验内容 135
第6章 应用实例 136
6．1　基于FPGA的输入输出接口 136
6．1．1　试验原理、技术及方法 136
6．1．2 实验思考及扩展 146
6．2 简易数字信号传输性能分析仪 146
6．2．1 设计目标与要求 146
6．2．2　总体设计 147
6．2．3　各分支电路设计 148
6．2．4　EDA设计分析及程序设计 148
6．2．5　设计总结 151
6．3　数字电子钟 151
6．3．1　设计思路 151
6．3．2　各模块程序 152
6．3．3 数字电子钟实现 155
6．4 可编程方波发生器（PWG）的设计 157
6．4．1 设计要求 157
6．4．2　设计思路 158
6．4．3　各模块程序 159
6．4．4 整体实现 163
6．4．5 设计思考及改进 164
附录A PS2键盘接口知识 166
附录B GB2312简体中文编码表 169
附录C 基本指令和扩充指令 183
参考文献 185

前言/序言

《EDA技术基础与实践：迈向高效电子系统设计》 前言 在当今飞速发展的电子信息时代，电子系统设计的复杂度和集成度不断攀升。从掌上设备到高性能计算，再到物联网和人工智能，一切都离不开精巧的电子设计。而EDA（Electronic Design Automation）技术，作为实现复杂电子系统设计的核心驱动力，其重要性不言而喻。它将繁琐的手工设计转化为高效、准确的自动化流程，极大地缩短了产品上市时间，降低了设计成本，并提升了电子产品的性能和可靠性。 本书旨在为电子信息科学与工程类专业的学生、初涉EDA领域的工程师以及对现代电子设计感兴趣的研究者，提供一套全面、系统且实用的EDA技术基础知识与实践指导。我们深知，理论的学习固然重要，但脱离实际的知识如同空中楼阁。因此，本书在讲解EDA基本原理的同时，将重点放在实际操作与实验训练上，力求让读者在掌握核心概念的同时，能够迅速将所学知识应用于实际的电路设计与验证过程中。 本书内容覆盖了EDA技术的核心领域，从基础的数字逻辑电路原理，到硬件描述语言（HDL）的掌握，再到具体的EDA工具的使用，以及最后的高级应用和设计流程。我们力求内容由浅入深，循序渐进，确保读者能够稳步建立起扎实的EDA技术功底。 第一章：数字逻辑设计基础回顾与EDA引论 在深入探讨EDA技术之前，有必要回顾数字逻辑设计的基石。本章将梳理并巩固读者对组合逻辑电路和时序逻辑电路的基本概念，包括门电路、触发器、寄存器、计数器等核心组件的工作原理。我们将重点强调这些基本单元如何构建更复杂的数字系统，并为后续HDL语言描述这些逻辑提供基础。 紧接着，我们将正式引入EDA（Electronic Design Automation）的概念。EDA不仅仅是计算机辅助设计（CAD）在电子领域的应用，它是一整套集成化的软件工具和方法论，旨在自动化和优化电子系统的设计、仿真、验证和物理实现过程。我们将探讨EDA技术的发展历程，理解其如何从最初的辅助工具演变为现代电子设计不可或缺的强大引擎。我们将分析EDA技术为电子设计带来的颠覆性变革，包括设计效率的指数级提升、设计复杂度的极大增强、设计精度的显著提高以及对创新设计的有力支撑。本章还将简要介绍EDA软件的主要分类，如原理图输入工具、仿真器、逻辑综合工具、布局布线工具以及验证工具等，为后续章节的学习铺垫。 第二章：硬件描述语言（HDL）入门：Verilog HDL 硬件描述语言（HDL）是EDA技术的核心语言，它使得工程师能够以文本化的方式描述硬件电路的行为和结构。Verilog HDL是业界最主流的HDL之一，以其灵活性和强大的描述能力而著称。本章将为读者开启Verilog HDL的学习之旅。 我们将从Verilog HDL的基本语法开始，介绍其数据类型、运算符、赋值语句、过程块（`always`块、`initial`块）以及模块（`module`）的定义与实例化。重点将放在如何使用Verilog HDL描述组合逻辑和时序逻辑电路。我们将通过大量的实例，演示如何将之前学习的数字逻辑电路转化为Verilog HDL代码，例如：用Verilog描述基本的逻辑门、加法器、减法器、多路选择器、译码器、锁存器、D触发器、JK触发器等。 时序逻辑的设计是Verilog HDL的重点和难点。我们将深入讲解如何使用`always @(posedge clk)`或`always @(negedge clk)`等时序逻辑敏感列表来描述同步电路，并演示如何设计寄存器、移位寄存器、计数器（异步和同步）、有限状态机（FSM）等。我们还将介绍Verilog HDL中的一些高级特性，如任务（`task`）、函数（`function`）、参数化设计（`parameter`）以及块（`begin/end`）的使用，帮助读者写出更模块化、可重用性更高的代码。 第三章：硬件描述语言（HDL）深入：Verilog HDL的高级特性与仿真 在掌握了Verilog HDL的基本语法后，本章将进一步深入讲解Verilog HDL的高级特性，并着重介绍如何利用仿真器对设计的正确性进行验证。 在设计部分，我们将探讨如何进行层次化设计，通过模块的实例化来构建复杂的系统。我们将介绍如何使用生成语句（`generate`）来实现参数化的设计和根据条件生成逻辑，这对于设计大规模并行结构非常有用。我们将讲解如何使用`case`语句和`if-else`语句进行条件分支的描述，以及`for`循环和`while`循环在某些特定场景下的应用。 仿真（Simulation）是EDA设计流程中至关重要的一环，它允许我们在软件环境中测试设计的逻辑功能，及时发现并纠正错误，避免在硬件实现后付出高昂的修改成本。本章将介绍仿真流程，包括设计文件的编写、 testbench（测试平台）的编写、仿真工具的调用以及仿真结果的分析。我们将详细讲解如何编写有效的testbench，包括激励信号的产生、时钟信号的生成、复位信号的控制、状态监测以及结果比对。读者将学习如何使用Verilog HDL的系统任务（如`$display`, `$monitor`, `$time`等）来输出仿真信息，并了解如何通过波形查看器（Waveform Viewer）来直观地分析仿真波形。我们将通过设计和仿真一个简单的CPU控制器或数据通路来综合运用所学知识。 第四章：FPGA设计流程与开发环境 现场可编程门阵列（FPGA）是当前电子原型设计、中小批量生产以及许多特定应用领域最常用的硬件平台。FPGA的设计流程与ASIC（Application Specific Integrated Circuit）设计流程在很多方面是相似的，但FPGA提供了更高的灵活性和更低的开发门槛。本章将详细介绍基于FPGA的EDA设计流程，并介绍主流的FPGA开发环境。 我们将首先介绍FPGA的基本结构，包括查找表（LUT）、触发器、布线资源、DSP模块、Block RAM等，理解FPGA如何通过配置内部资源来实现任意逻辑功能。然后，我们将详细讲解一个典型的FPGA设计流程： 1. 需求分析与设计规划：明确设计目标和系统需求。 2. HDL代码编写：使用Verilog HDL（或VHDL）描述硬件功能。 3. 功能仿真：利用仿真工具验证HDL代码的逻辑功能。 4. 综合（Synthesis）：将HDL代码转换为门级网表（Netlist），映射到目标FPGA器件的逻辑单元。我们将介绍综合工具的基本原理，以及如何通过约束文件（Constraints File）来影响综合结果。 5. 实现（Implementation）：包括布局（Place）和布线（Route）。布局是将逻辑单元映射到FPGA的具体物理位置，布线则是连接这些逻辑单元的连线。我们将介绍这一过程的复杂性和对性能的影响。 6. 时序分析（Timing Analysis）：检查设计是否满足时序要求，如时钟频率、建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）等。 7. 生成比特流（Bitstream Generation）：将实现后的设计信息打包成FPGA配置文件。 8. 下载与硬件调试：将比特流下载到FPGA开发板上，并在实际硬件上进行测试和调试。 本章还将介绍目前主流的FPGA开发环境，如Xilinx的Vivado（或ISE）和Intel（Altera）的Quartus Prime。我们将带领读者熟悉这些开发环境的界面、基本操作流程，并演示如何创建一个项目，导入HDL文件，进行综合、实现，最终生成比特流并下载到开发板。 第五章：FPGA实验与实践：从入门到进阶 理论结合实践是掌握EDA技术的最佳途径。本章将提供一系列精心设计的FPGA实验，引导读者将所学知识付诸实践，逐步提升动手能力和设计水平。 实验将从最基础的LED闪烁、按键控制等简单IO操作开始，让读者熟悉开发板和开发环境的基本使用。随后，我们将逐步挑战更复杂的数字系统设计。 实验一：基础组合逻辑实现：设计并实现一个简单的算术逻辑单元（ALU），能够执行加、减、与、或、非等基本逻辑运算。 实验二：同步时序逻辑设计：设计并实现一个多功能计数器，支持加/减计数、预置值、清零等功能。 实验三：有限状态机（FSM）设计：设计并实现一个简单的交通灯控制器，使用Moore或Mealy型状态机。 实验四：存储器接口设计：学习如何利用FPGA内部的Block RAM实现一个简单的RAM模块，并进行读写测试。 实验五：简单通信接口实现：尝试实现一个UART（通用异步收发器）发送/接收模块，学习异步通信的基本原理。 实验六：接口协议的实现与验证：选择一个简单的协议，如I2C或SPI，学习其协议内容，并尝试在FPGA上实现。 对于每个实验，我们都将提供清晰的设计目标、HDL代码示例、testbench编写指导、仿真验证方法以及在FPGA开发板上的实现步骤。我们将强调在实验过程中遇到的常见问题及解决思路，例如时序违例的分析与解决、综合优化技巧、逻辑冲突的排查等。通过这些实验，读者不仅能熟练掌握Verilog HDL的应用，更能深入理解FPGA的设计流程，并培养独立解决复杂电子设计问题的能力。 第六章：EDA设计的进阶主题与前沿应用 在掌握了EDA技术的基础和FPGA实践后，本章将目光投向EDA设计中的一些进阶主题以及未来的发展方向，为读者的进一步学习和职业发展提供指引。 我们将探讨一些更高级的设计方法论，例如： IP核（Intellectual Property Core）的使用：理解IP核的概念，如何查找、集成和使用预设计的IP核（如高性能处理器、通信接口、DSP模块等），以加速复杂系统的设计。 低功耗设计：在日益增长的移动和嵌入式应用中，低功耗设计至关重要。我们将介绍一些实现低功耗的EDA技术和设计策略，例如时钟门控、电源门控等。 异步电路设计基础：虽然同步设计是主流，但异步电路在某些特定场景下具有优势。我们将简要介绍异步电路的基本概念和设计方法。 验证技术进阶：除了功能仿真，还有更高级的验证技术，如形式验证（Formal Verification）、断言（Assertions）、覆盖率（Coverage）等，它们对于验证大规模、高复杂度的系统至关重要。 此外，我们将展望EDA技术在当前热门领域的前沿应用： SoC（System on Chip）设计：介绍SoC的架构和设计挑战，以及EDA工具如何支持SoC的集成和验证。 嵌入式系统设计：EDA技术在微控制器、DSP等嵌入式设备设计中的应用。 人工智能与机器学习硬件加速：例如FPGA在神经网络推理、深度学习硬件加速器设计中的角色。 物联网（IoT）设备设计：EDA技术如何支撑低功耗、高性能的IoT终端节点和网关的设计。 结语 EDA技术作为现代电子设计不可或缺的工具，其重要性日益凸显。本书从数字逻辑基础出发，逐步深入到HDL语言、FPGA设计流程及实践，旨在为读者打下坚实的EDA技术基础，并激发读者对电子系统设计领域的探索热情。我们鼓励读者在学习过程中，积极动手实践，利用各种资源进行深入研究。愿本书能成为您在EDA技术学习道路上的得力助手，助您在电子信息科学与工程领域取得丰硕的成就。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在实验环节的设置。理论知识固然重要，但如果没有实践的检验，就如同空中楼阁。这本书的实验部分，感觉是经过精心设计的，能够有效地将书本上的理论知识转化为实际操作能力。我看到实验的题目都很有代表性，涵盖了EDA技术中的各个关键环节，而且实验步骤也写得非常具体，让我能够一步一步地跟着完成。我甚至已经开始设想，我会在实验室里，拿着这本书，一步一步地去搭建电路，去模拟仿真，去验证理论知识的正确性。这种亲手操作、亲眼验证的过程，对于加深理解、巩固知识非常有帮助。我曾经尝试过一些不带实验的书籍，虽然学到了一些理论，但总感觉像是纸上谈兵，缺乏成就感。而这本书的实验部分，让我看到了将知识付诸实践的希望，也让我对未来能够运用EDA技术解决实际问题充满了信心。我相信，通过这些实验，我一定能够真正掌握EDA技术，而不仅仅是停留在理论层面。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我最先关注的就是它的“含金量”。“普通高等教育‘十二五’规划教材”这个标签，就已经足够说明它在学术界的地位了。这意味着这本书的内容经过了严格的审阅和筛选，理论基础扎实，知识体系完整，是值得信赖的学习资料。我之前看过一些野路子的技术书籍，内容可能很新，但往往缺乏系统性，学起来断断续续，总感觉像是碎片化的知识拼凑。而这本书，从目录的设置就能看出来，逻辑性非常强，从基础的原理到高级的应用，层层递进，非常符合学习规律。尤其是对于像我这样，需要系统性地掌握一门技术的人来说，这本教材无疑提供了坚实的基础。我注意到其中涉及到的一些算法和模型，虽然我还没有深入研究，但从其在教材中的位置和篇幅来看，它们一定是EDA技术的核心内容。我期待着在接下来的学习中，能够循序渐进地掌握这些关键技术，最终能够独立地完成一些EDA项目。这种感觉，就像是建造一座高楼，有了好的地基和结构图，才能确保最终的建筑稳固而壮观。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的语言风格非常适合我这种刚入门的学生。作者在讲解一些比较深奥的概念时，并没有使用过于晦涩难懂的学术术语，而是尽量用通俗易懂的语言来阐述。即使有一些专业词汇，也会有相应的解释或者举例，让我能够理解。这一点非常重要，因为我接触过一些书籍，作者上来就抛出一堆专业名词，让我感觉自己像是在看天书，很快就失去了学习的兴趣。但这本书不同，它就像一位循循善诱的老师，一步一步地引导我进入EDA的世界。特别是它在介绍一些操作步骤的时候，详细得让我感觉就像是跟着老师在旁边指导一样。每一个按键、每一个选项，都清晰地指了出来，并且附带了截图，这对于新手来说，简直是太友好了。我感觉自己不再是孤军奋战，而是有人在背后默默地支持着我，让我能够更自信地去尝试和实践。这种贴心的讲解方式，让我觉得学习不再是枯燥的任务，而是一次充满乐趣的探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计，那经典的蓝白搭配，一下子就抓住了我的眼球。我一直觉得，一本技术书籍，不光要内容扎实，它的颜值也同样重要，能让人在学习过程中保持一份好心情。这本书的版式设计也相当用心，排版清晰，重点突出，不会让人觉得眼花缭乱。尤其是那些图表，画得特别细致，把复杂的概念讲解得一目了然，对于我们这种初学者来说，简直是福音。我记得我刚开始接触EDA技术的时候，最头疼的就是那些抽象的概念，光看文字描述，脑子里总是像一团麻，但这本书里的插图，简直就像是一盏明灯，瞬间就点亮了我对那些概念的理解。而且，作者在讲解过程中，还穿插了一些实际应用的案例，这让我觉得EDA技术不再是实验室里的理论，而是真正能够解决实际问题的工具。我甚至在翻阅的时候，已经开始想象自己动手去实现这些案例了，这是一种学习的动力，也是对技术本身产生浓厚兴趣的开端。总的来说，这本书在视觉体验和初步的知识引导上，都做得相当出色，让我对它接下来的内容充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的整体编排，从我短暂的翻阅来看，非常具有前瞻性和实用性。它不仅仅是罗列了EDA技术的基础理论，更重要的是，它似乎在引导读者去思考如何将这些技术应用于实际的电子信息工程领域。我注意到一些章节的结尾，都提到了相关的工程应用背景，这让我能够将所学的知识与未来的职业发展联系起来。而且，教材中提到的“十二五”规划，也意味着这本书的内容是符合当前国家在电子信息领域的发展方向和需求。这对于我们这些即将步入社会的学生来说，是非常宝贵的指导。我感觉这本书不仅仅是一本教材，更像是一本职业入门指南，它不仅教会我技术，更让我看到了技术在行业中的价值和意义。我期待着通过学习这本书，能够为我未来的职业生涯打下坚实的基础，让我能够更从容地面对电子信息工程领域所带来的挑战和机遇。