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[巴西] 沃尔尼·A. 佩德罗尼（Volnei A. Pedroni） 著

图书标签:

• VHDL
• 数字电路
• FPGA
• Verilog
• 电子设计
• EDA
• 可编程逻辑
• 数字系统
• 教程
• 设计

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121186721

版次：1

商品编码：11179021

包装：平装

丛书名： 国外电子与通信教材系列

开本：16开

出版时间：2013-01-01

正文语种：中文

编辑推荐

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。

内容简介

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；最后介绍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

第一部分  电路设计

第1章  引言  2

1．1  关于VHDL  2

1．2  设计流程  2

1．3  EDA工具  3

1．4  从VHDL代码到电路的转化  4

1．5  设计实例  6

第2章  VHDL代码结构  9

2．1  VHDL代码基本单元  9

2．2  库声明  10

2．3  实体  11

2．4  构造体  12

2．5  例题  13

2．6  习题  16

第3章  数据类型  19

3．1  预定义的数据类型  19

3．2  用户定义的数据类型  22

3．3  子类型  23

3．4  数组  24

3．5  端口数组  26

3．6  记录类型  27

3．7  有符号数和无符号数  28

3．8  数据类型转换  29

3．9  小结  30

3．10 例题  31

3．11 习题  35

第4章  运算操作符和属性  37

4．1  运算操作符  37

4．2  属性  40

4．3  用户自定义属性  42

4．4  操作符扩展  43

4．5  通用属性语句  43

4．6  设计实例  44

4．7  小结  48

4．8  习题  49

第5章  并发代码  51

5．1  并发执行和顺序执行  51

5．2  使用运算操作符  53

5．3  WHEN语句  54

5．4  GENERATE语句  63

5．5  块语句  65

5．6  习题  68

第6章  顺序代码  72

6．1  进程  72

6．2  信号和变量  74

6．3  IF语句  74

6．4  WAIT语句  78

6．5  CASE语句  80

6．6  LOOP语句  84

6．7  CASE语句和IF语句的比较  91

6．8  CASE语句和WHEN语句的比较  91

6．9  同步时序电路中的时钟问题  92

6．10 使用顺序代码设计组合逻辑电路  96

6．11 习题  98

第7章  信号和变量  103

7．1  常量  103

7．2  信号  103

7．3  变量  105

7．4  信号和变量的比较  106

7．5  寄存器的数量  112

7．6  习题  121

第8章  状态机  128

8．1  引言  128

8．2  设计风格#1  129

8．3  设计风格#2  136

8．4  状态机编码风格：二进制编码和独热编码  149

8．5  习题  150

第9章  典型电路设计分析  153

9．1  桶形移位寄存器  153

9．2  有符号数比较器和无符号数比较器  156

9．3  逐级进位和超前进位加法器  159

9．4  定点除法  162

9．5  自动售货机控制器  166

9．6  串行数据接收器  171

9．7  并/串变换器  173

9．8  一个7段显示器的应用例题  175

9．9  信号发生器  178

9．10 存储器设计  181

9．11 习题  186

第二部分  系统设计

第10章  包集和元件  192

10．1  概述  192

10．2  包集  193

10．3  元件  195

10．4  端口映射  201

10．5  GENERIC参数的映射  202

10．6  习题  208

第11章  函数和过程  209

11．1  函数  209

11．2  函数的存放  211

11．3  过程  219

11．4  过程的存放  221

11．5  函数与过程小结  224

11．6  断言语句  224

11．7  习题  224

第12章  系统设计实例分析  226

12．1  串-并型乘法器  226

12．2  并行乘法器  230

12．3  乘-累加电路  235

12．4  数字滤波器  238

12．5  神经网络  243

12．6  习题  249

附录A  可编程逻辑器件  251

附录B  Xilinx ISE和ModelSim使用指南  259

附录C  Altera MaxPlus II和Advanced Synthesis Software使用指南  267

附录D  Altera Quartus II使用指南  277

VHDL保留字  285

参考文献  286

前言/序言

《数字逻辑艺术：从基础到高级实践》 内容简介 在瞬息万变的电子技术浪潮中，数字逻辑电路的设计与实现始终是驱动创新的核心动力。从我们日常使用的智能手机、电脑，到复杂的通信系统、航空航天设备，无一不依赖于精妙绝伦的数字逻辑电路。本书《数字逻辑艺术：从基础到高级实践》旨在为您揭示数字逻辑设计的迷人世界，带领您从最根本的概念出发，逐步深入到高级的设计技术与实际应用。 本书的写作宗旨是，让每一位读者，无论您是初涉数字设计领域的学生，还是希望系统性提升技能的在职工程师，都能在本书中找到所需的知识与启发。我们并非简单地罗列枯燥的理论，而是力求将抽象的逻辑概念与鲜活的工程实践相结合，让学习过程充满探索的乐趣和成就感。 第一部分：数字逻辑的基石 在踏入更广阔的数字世界之前，理解其最基础的构件至关重要。本部分将为您构建坚实的理论基础。 二进制世界的奥秘： 我们将从比特（bit）这一最基本的信息单元开始，探讨二进制数的表示方法，包括无符号数和有符号数的各种编码方式（如原码、反码、补码），并详细讲解二进制数之间的加减乘除运算。您将了解数字系统为何选择二进制，以及它如何简化电路设计。 逻辑门：数字电路的“砖瓦”： 本节将深入介绍最基本的逻辑门电路，包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）。我们将详细阐述它们的逻辑功能、真值表、逻辑符号，并通过简单的电路图展示它们的实现原理。您将理解这些基本门电路是如何组合起来完成各种逻辑功能的。 布尔代数：逻辑设计的数学语言： 布尔代数是数字逻辑设计的灵魂。本部分将详细介绍布尔代数的基本定律（如交换律、结合律、分配律）、定理（如德摩根定理）和公式推导方法。您将学会如何利用布尔代数对逻辑表达式进行化简，从而设计出更高效、更精简的逻辑电路。我们将通过大量的实例，展示布尔代数在逻辑设计中的强大应用。 组合逻辑电路：瞬时响应的智慧： 组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，不包含记忆功能。本部分将聚焦于各类重要的组合逻辑电路，包括： 译码器（Decoder）与编码器（Encoder）： 理解它们如何实现地址解码和优先级编码。 多路选择器（Multiplexer / MUX）： 学习如何用多路选择器实现数据的选择和信号的路由。 全加器（Full Adder）与半加器（Half Adder）： 掌握二进制加法的基本原理，以及如何构建更复杂的加法器。 比较器（Comparator）： 学习如何设计电路以比较两个二进制数的大小。 逻辑功能发生器： 探索如何利用基本逻辑门和组合逻辑电路实现任意的逻辑功能。 本书将强调如何将逻辑功能的需求转化为结构化的组合逻辑电路设计。 第二部分：时序逻辑电路：记忆与同步的艺术 数字电路的强大之处不仅在于其瞬时的计算能力，更在于其“记忆”和“同步”的能力。时序逻辑电路是实现这些功能的关键。 触发器：数字电路的“记忆单元”： 我们将详细介绍各种类型的触发器，包括基本触发器（SR触发器）、带有使能端的触发器（SR-Enable）、D触发器、JK触发器和T触发器。您将理解它们的工作原理、状态转换图、时序图，以及它们如何存储一位二进制信息。 寄存器：多位数据的存储： 基于触发器，我们学习如何构建寄存器，用于存储多个二进制位的数据。我们将介绍移位寄存器（包括左移、右移、串入串出、串入并出、并入串出、并入并出等模式）和并行寄存器，以及它们在数据传输和处理中的应用。 计数器：时间的脉搏： 计数器是实现数字系统计时和分频功能的关键。本部分将深入讲解异步计数器和同步计数器的设计，包括二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）以及任意模数的计数器。您将学会如何设计向上计数器、向下计数器和可预置计数器，并理解它们在定时器、分频器等应用中的作用。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： 有限状态机是设计复杂时序逻辑电路的核心模型。我们将详细介绍其构成要素：状态、输入、输出、状态转移和输出逻辑。本书将重点讲解Mealy型和Moore型有限状态机的区别与联系，并指导您如何从需求分析出发，绘制状态图、状态转移表，最终设计出功能完备的有限状态机。我们将通过实例，如交通灯控制器、自动售货机控制器等，演示FSM的设计流程。 第三部分：硬件描述语言（HDL）在数字设计中的应用 在现代数字电路设计中，硬件描述语言（HDL）扮演着不可或缺的角色。它们使得复杂电路的设计、仿真和验证变得高效而可控。 HDL简介与设计流程： 本部分将简要介绍HDL的概念、发展以及在数字设计流程中的位置。您将了解到从功能描述、行为建模、结构建模到综合、布局布线、物理实现的全过程。 Verilog HDL基础： Verilog是业界最常用的HDL之一。我们将从Verilog的基本语法入手，包括数据类型（reg, wire）、运算符、赋值语句、模块（module）、端口（port）等。然后，我们将学习如何使用Verilog描述组合逻辑电路（如门电路、加法器、多路选择器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器、有限状态机）。重点将放在如何将数学模型和逻辑功能转化为可综合的Verilog代码。 SystemVerilog进阶： SystemVerilog是Verilog的超集，提供了更强大的建模能力和验证功能。本部分将介绍SystemVerilog的关键特性，如类（class）、接口（interface）、断言（assertion）、随机约束（random constraints）等。您将了解到如何利用SystemVerilog进行更高级的行为建模和面向对象的验证。 VHDL语法概览： VHDL是另一种广泛使用的HDL。本书将提供VHDL的基本语法介绍，包括实体（entity）、架构（architecture）、端口（port）、信号（signal）、数据类型（std_logic, bit等）、进程（process）、并发语句等。您将学习如何使用VHDL实现与Verilog类似的逻辑功能。 第四部分：高级设计技术与实战 在掌握了基础理论和HDL编程技巧之后，本部分将带您进入更高级的设计领域。 电路综合与优化： 理解综合工具的工作原理，学习如何编写易于综合的代码，以及如何通过优化逻辑结构、选择合适的综合策略来提高电路的时序、面积和功耗。 时序分析与约束： 深入理解时序分析的重要性，学习如何定义时序约束（如时钟周期、输入输出延迟），以及如何分析和解决时序违规问题。 可复用IP核的设计与应用： 探讨设计可复用IP核（Intellectual Property core）的原则和方法，学习如何实例化和集成已有的IP核，以加速设计进程。 FPGA与ASIC设计流程对比： 简要介绍现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）的设计流程特点，帮助您理解不同应用场景下的设计选择。 实际项目案例分析： 本部分将通过几个典型的数字逻辑设计项目实例，如简单的CPU控制器、数据通路设计、通信接口模块等，贯穿整个设计流程，从需求分析、规格定义、HDL编码、仿真验证到综合实现，让您在实践中巩固所学知识。 本书的特色： 循序渐进： 内容从最基础的二进制概念开始，逐步深入到高级设计方法，适合不同水平的读者。 理论与实践并重： 既有严谨的理论阐述，又有大量的实例和代码示例，帮助读者将知识转化为实际技能。 现代化工具引入： 重点介绍并融入现代HDL（Verilog, SystemVerilog）在设计中的应用，紧跟行业发展趋势。 清晰的逻辑脉络： 各章节内容环环相扣，逻辑清晰，便于读者理解和掌握。 丰富的图示与表格： 大量使用图、表、时序图等可视化元素，直观地展示复杂的逻辑概念。 无论您是想成为一名优秀的数字电路工程师，还是想深入了解现代电子系统背后的原理，《数字逻辑艺术：从基础到高级实践》都将是您不可或缺的学习伴侣。翻开本书，开启您的数字逻辑探索之旅，掌握驾驭数字世界的强大能力。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我一开始对这本书的期望值并不高，毕竟市面上关于 VHDL 的教程很多，质量参差不齐。但当我翻开这本书，特别是看到它对一些核心概念的阐述方式时，我立刻就被吸引住了。作者没有采用那种干巴巴的理论堆砌，而是通过一种循序渐进、由浅入深的方式，将复杂的 VHDL 语言和数字电路原理娓娓道来。例如，在介绍状态机设计时，书中并非直接给出复杂的代码，而是先从一个简单的交通灯控制器开始，一步步分析状态迁移和输出逻辑，再逐步扩展到更复杂的应用。我尤其欣赏的是书中对不同抽象层次的讲解，从最基本的门级电路，到行为级描述，再到结构级描述，让读者能够清晰地理解它们之间的联系和区别，以及在不同场景下的应用。这本书的另一个亮点是它的实用性，书中提供的很多代码示例都经过了精心设计，不仅能够正确工作，而且具有良好的可读性和可扩展性，可以直接应用于实际项目中。读完这本书，我感觉自己对数字电路的设计流程有了更清晰的认识，也更有信心去尝试更复杂的项目了。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对 VHDL 的理解一直停留在“只能写硬件”的层面，感觉非常遥远和抽象。但这本书彻底改变了我的看法。它以一种非常易于理解的方式，将 VHDL 语言与实际的数字电路设计紧密地结合起来。书中大量的代码示例，不仅仅是简单的语法展示，更是对各种数字电路模块的实现过程的详细剖析。例如，在介绍移位寄存器和计数器时，作者不仅给出了 VHDL 代码，还解释了这些代码在硬件上的具体映射，让我们能够更直观地理解代码如何转化为实际的电路。我特别赞赏的是，书中对一些常见 IP 核的设计思路也进行了简要的介绍，虽然没有深入到每一个细节，但足以让我们对这些“黑盒子”有更深的认识，为日后学习更复杂的 IP 核打下了基础。这本书的价值在于，它不仅教会了我们“怎么写 VHDL”，更教会了我们“为什么这么写”，以及“如何用 VHDL 去解决实际问题”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的设计非常用心，从排版到内容，都给人一种耳目一新的感觉。我尤其喜欢它对一些关键概念的处理方式，作者总是能够找到最恰当的比喻和最生动的例子，来帮助读者理解那些抽象的理论。比如，在讲解时钟域交叉问题时，书中用了一个非常贴切的比喻，让我瞬间就明白了其中的复杂性以及需要注意的地方。而且，这本书的章节安排也十分合理，循序渐进，由易到难，让学习过程变得更加顺畅。我最喜欢的部分是关于接口协议设计的章节，书中对 I2C、SPI 等常见接口协议的 VHDL 实现进行了详细讲解，并提供了完整的代码示例，这对于我们这些需要进行嵌入式系统开发的工程师来说，实在是太有价值了。读完这本书，我感觉自己对数字电路设计的整体流程有了更深的理解，也更有信心去应对未来的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的太超出我的预期了！我本来以为学习 VHDL 会是一件枯燥乏味的事情，毕竟涉及那么多底层逻辑和硬件描述，但这本书用一种非常生动形象的方式，把抽象的概念都具象化了。开头部分的逻辑门和时序逻辑电路部分，作者就用了大量贴近生活的例子，比如用简单的开关和灯泡来类比，瞬间就明白了触发器和寄存器的原理。我最喜欢的是它并没有停留在理论层面，而是紧接着就通过大量代码示例，一步步引导我们动手实践。从简单的加法器、多路选择器，到后面的状态机和总线接口，每一步都讲解得非常透彻，而且代码注释也特别详细，让我这种初学者也能看得懂。最让我惊喜的是，书中还穿插了一些实际工程中的设计技巧和注意事项，比如如何进行仿真验证，如何优化时序，这些都是在其他教程里很难找到的宝贵经验。读完这本书，我感觉自己对数字电路的理解不再是零散的知识点，而是形成了一个完整的体系。强烈推荐给所有想系统学习 VHDL 的朋友，绝对是打开数字电路大门的钥匙！

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一本为我量身定做的 VHDL 指南，它的讲解风格非常独特，不是那种死板的教科书式叙述，而是充满了引导性和启发性。作者似乎非常了解初学者可能遇到的困惑，因此在讲解过程中，总是能提前预判并给出清晰的解释。我最喜欢的是书中关于时序逻辑设计的章节，作者用了很多形象的比喻来解释时钟信号、同步和异步的概念，让我这个对时序分析一直头疼的人豁然开朗。而且，书中对状态机的讲解也格外深入，从最基础的有限状态机，到如何设计带复位和使能的状态机，再到如何处理异常状态，每一个环节都讲解得非常到位。让我印象深刻的是，书中还提供了一些关于如何写出高效、可读性强的 VHDL 代码的技巧，这对于我们这些正在学习的工程师来说，无疑是巨大的帮助。读完这本书，我不仅掌握了 VHDL 的语法，更重要的是，我学会了如何用 VHDL 去思考和设计数字电路，这是一种质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

可以

评分☆☆☆☆☆

非常有用的一本书，买了物超所值~！！

评分☆☆☆☆☆

好书！

评分☆☆☆☆☆

内容全面

评分☆☆☆☆☆

不错，待看

评分☆☆☆☆☆

非常好

评分☆☆☆☆☆

不错，查阅用。。。。。。。

评分☆☆☆☆☆

还可以

评分☆☆☆☆☆

不错，已经开始学习了