VHDL数字电路设计教程 9787121186721 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名:VHDL数字电路设计教程

定价：35.00元

售价：23.8元,便宜11.2元,折扣68

作者: 沃尔尼·A. 佩德罗尼（Volnei A. Pe

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787121186721

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.241kg

编辑推荐

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佩德罗尼编著的《VHDL数字电路设计教程》采用将数字电路系统设计实例与可编程逻辑相结合的方法，通过大量实例，对如何采用VHDL进行电路设计进行了全面描述。目前大多数同类教材过多关注VHDL一语法特点本身，而本书则给出了大量完整设计实例的电路图、相关基本概念、电路工作原理及仿真结果，从而将VHDL语法学习和如何采用它进行电路设计相结合。本书对VHOL的讲述简明而完整，对与VHDL综合相关的内容进行了详细讨论和说明。全书的内容组织清晰合理，包括电路设计与系统设计两个基本部分，分别讲述了VHDL的基础语法、基本代码编写技术，以及与VHDL代码分割、共享、重用相关的知识。

内容提要

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自从VHDL在1987年成为IEEE标准之后，就因其在电路模型建立、仿真、综合等方面的强大功能而被广泛用于复杂数字逻辑电路的设计中。佩德罗尼编著的《VHDL数字电路设计教程》共分为三个基本组成部分，首先详细介绍VHDL语言的背景知识、基本语法结构和VHDL代码的编写方法；然后介绍VHDL电路单元库的结构和使用方法，以及如何将新的设计加入到现有的或自己新建立的单元库中，以便于进行代码的分割、共享和重用；后介绍CPLD和FPGA的发展历史、主流厂商提供的开发环境使用方法。本书在结构组织上有独特之处，例如将并发描述语句、顺序描述语句、数据类型与运算操作符和属性等独立成章，使读者更容易清晰准确地掌握这些重要内容。本书注重设计实践，给出了大量完整设计实例的电路图、相关基本概念、电路工作原理以及仿真结果，从而将VHDL语法学习和如何采用它进行电路设计有机地结合在一起。
《VHDL数字电路设计教程》适合通信工程、电子工程及相关专业的高年级本科生作为教材使用，同时也可以作为可编程逻辑器件应用开发的培训教材。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《精通Verilog：现代数字逻辑设计的实践指南》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的Verilog数字逻辑设计学习平台，从基础概念到高级设计技巧，再到实际应用中的工程实践，层层递进，力求让读者掌握现代数字集成电路设计的核心技能。本书内容严谨，讲解细致，兼顾理论深度与实践指导，适用于电子工程、计算机科学及相关领域的学生、研究人员和工程师。 第一部分：Verilog基础与建模 本部分将系统地介绍Verilog硬件描述语言（HDL）的基础知识，为后续的复杂设计打下坚实根基。 第一章：数字逻辑设计基础回顾 数字电路的基本概念：布尔代数、逻辑门、组合逻辑、时序逻辑。 数字系统分类：微处理器、DSP、FPGA、ASIC等。 现代数字设计流程概述：需求分析、逻辑设计、综合、布局布线、验证、物理实现。 HDL在现代设计中的角色与优势。 第二章：Verilog HDL入门 Verilog HDL的起源与发展。 Verilog程序的结构：模块（module）、端口（port）、信号（signal）、赋值（assignment）。 数据类型：reg、wire、integer、time等，及其使用场景。 运算符：算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、位运算符、归约运算符、条件运算符。 基本语句：assign语句（连续赋值）、always块（过程赋值）。 层次化设计：模块实例化与端口连接。 第一个Verilog程序：LED闪烁、简单的加法器。 第三章：Verilog建模技术 行为级建模（Behavioral Modeling）：使用always块和过程赋值来描述电路的行为，强调功能描述，不拘泥于具体硬件实现。 always块的触发条件：时钟边沿触发（posedge/negedge）、电平触发（posedge/negedge）。 阻塞赋值（blocking assignment）和非阻塞赋值（non-blocking assignment）的区别与应用。 if-else语句、case语句、casex/casez语句在行为建模中的应用。 for循环、while循环在行为建模中的应用。 数据流建模（Dataflow Modeling）：使用assign语句和连续赋值来描述电路的数据流动和逻辑关系，常用于组合逻辑。 连续赋值的特性。 操作符的使用。 结构级建模（Structural Modeling）：通过实例化和连接基本逻辑门或更复杂的子模块来描述电路结构，模拟电路的物理连接。 门级原语（gate primitives）：and, or, nand, nor, xor, buf, not等。 开关级原语（switch primitives）：cmos, nmos, pmos, rcmos, tmos等。 多路选择器、译码器等常用组件的结构级实现。 混合建模：结合不同建模方式的优点，实现高效灵活的设计。 第四章：组合逻辑电路设计 组合逻辑的基本原理与设计方法。 常用组合逻辑模块的设计： 加法器：半加器、全加器、多位加法器（行波进位、超前进位）。 减法器。 乘法器（流水线式、阵列式）。 多路选择器（mux）。 译码器（decoder）。 编码器（encoder）。 比较器。 奇偶校验电路。 有限状态机（FSM）的组合逻辑部分：状态转移逻辑。 Verilog实现中的注意事项：竞争与冒险（glitches）、如何消除竞争与冒险（如使用always块和非阻塞赋值）。 第五章：时序逻辑电路设计 时序逻辑的基本原理：触发器、寄存器、时钟。 D触发器、JK触发器、T触发器、SR触发器及其Verilog实现。 移位寄存器（Shift Registers）：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出。 计数器（Counters）：同步计数器、异步计数器、模N计数器、可预置计数器、可置零计数器。 有限状态机（FSM）的时序逻辑部分：状态寄存器、时钟同步。 Verilog实现中的注意事项：时钟域（clock domain）问题、亚稳态（metastability）产生原因及解决策略（如二分频同步器）。 第二部分：Verilog高级设计与验证 本部分将深入探讨Verilog的高级特性，以及如何进行有效的仿真验证，确保设计的正确性。 第六章：Verilog高级特性 参数化设计（Parameterization）：使用parameter关键字实现代码复用和灵活性，设计可配置的模块。 生成块（Generate Statements）：用于根据条件或参数动态生成模块实例或语句，常用于构建可重用、可扩展的结构。 运算符的优先级与结合性。 系统任务与函数（System Tasks and Functions）：如$display, $monitor, $time, $finish, $stop, $readmemh, $rewritetb等，用于仿真控制与输出。 生成时钟（Clock Generation）：使用always块和延时（）等方式产生测试时钟。 延时（Delay）的使用：惯性延时（inertial delay）与传输延时（transport delay）。 第七章：有限状态机（FSM）设计 FSM分类：Mealy型FSM与Moore型FSM，各自的特点与应用。 FSM的设计步骤：状态图、状态表、状态编码、Verilog实现。 不同状态编码方式的优劣（二进制编码、格雷码编码、独热码编码）。 Mealy型FSM的Verilog实现。 Moore型FSM的Verilog实现。 FSM设计的常见问题与优化。 实际应用中的FSM设计：协议解析、控制器设计等。 第八章：Verilog仿真与测试平台（Testbench） 仿真器的作用与原理。 测试平台的概念与重要性。 Verilog测试平台的设计： 模块实例化被测设计（DUT, Device Under Test）。 生成激励信号：时钟、复位、数据输入。 监控输出信号，与期望值进行比较。 使用系统任务控制仿真流程。 激励生成策略：随机激励、定向激励。 测试向量（Test Vectors）的应用。 检查点（Checkpoints）与断言（Assertions）。 复杂测试平台的构建：使用任务（task）和函数（function）提高代码可读性和复用性。 示例：一个简单加法器的测试平台，一个FSM的测试平台。 第九章：代码综合与时序约束 逻辑综合（Logic Synthesis）的概念与目标：将HDL代码转换为门级网表。 综合工具的工作流程。 综合的约束：时序约束（Timing Constraints）和面积约束（Area Constraints）。 时序约束的重要性：设置时钟频率、输入输出延迟、时钟周期等。 综合工具中的等效性（Equivalence）检查。 影响综合结果的Verilog代码风格：如何写出易于综合的代码。 避免综合陷阱：死代码（dead code）、不可综合的语句（如不可预测的延时、信号的不可确定的变化）。 第三部分：实际应用与高级主题 本部分将介绍Verilog在实际项目中的应用，以及一些更高级的议题。 第十章：FPGA设计流程与实践 FPGA架构概述：查找表（LUT）、触发器（Flip-Flop）、布线资源、I/O块。 FPGA设计工具链：综合、实现（布局布线）、比特流生成。 FPGA上的IP核（IP Cores）使用。 FPGA资源优化技巧：共享资源、流水线技术、并行化。 通过FPGA实现实际项目：LED驱动、按键输入处理、UART通信接口。 FPGA调试技巧：使用内部逻辑分析仪（ILA, Integrated Logic Analyzer）。 第十一章：ASIC设计流程概述 ASIC设计流程与FPGA设计的区别。 逻辑综合、物理综合、布局布线、时序收敛。 版图设计（Layout Design）。 物理验证（Physical Verification）：DRC（Design Rule Check）、LVS（Layout Versus Schematic）。 功耗、性能、面积（PPA, Power, Performance, Area）的权衡。 第十二章：验证方法学与高级验证 功能验证（Functional Verification）的重要性。 静态时序分析（STA, Static Timing Analysis）。 形式验证（Formal Verification）简介。 面向对象的Verilog验证方法学（OVM, UVM）概述。 随机验证（Random Verification）与覆盖率（Coverage）。 约束随机（Constrained Random）生成。 第十三章：数字系统设计中的常见问题与解决方案 复位（Reset）策略：同步复位、异步复位，及其影响。 时钟同步与时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）。 低功耗设计（Low Power Design）技术简介。 性能优化（Performance Optimization）技巧：流水线（Pipelining）、并行化。 可测试性设计（DFT, Design for Testability）。 附录： Verilog关键字速查表。 常用Verilog代码示例集。 常用EDA工具简介。 本书通过理论讲解与大量实例相结合的方式，引导读者循序渐进地掌握Verilog数字逻辑设计技术。每一个Verilog代码示例都经过精心设计，力求清晰、简洁且符合工程实践。读者在学习过程中，可以通过仿真工具（如ModelSim, VCS, QuestaSim等）和综合工具（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime等）来验证和实现代码，从而获得丰富的实践经验。本书的目标是培养读者独立完成复杂数字逻辑设计的能力，为他们在数字集成电路设计领域的发展打下坚实基础。