數字電路與FPGA設計實驗教程 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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徐少瑩 著

圖書標籤:

• 數字電路
• FPGA
• 實驗教程
• 電子工程
• 大學教材
• VHDL
• Verilog
• 數字邏輯
• 可編程邏輯器件
• 實踐教學

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560629414

版次：1

商品編碼：11183593

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2012-11-01

頁數：288

內容簡介

　　《數字電路與FPGA設計實驗教程》是國傢電工電子實驗示範中心規劃教材。全書共6章：第1章介紹瞭數字電路設計方法與實驗方法；第2章介紹瞭常用計算機EDA軟件；第3章介紹瞭數字電路的VHDL描述方法；第4章介紹瞭數字電路常用實驗儀器；第5章是數字電路基礎實驗；第6章是數字電路的FPGA設計實例。
　　《數字電路與FPGA設計實驗教程》內容豐富，編排閤理，可作為通信工程、電子信息工程、自動控製、電子科學與技術、電氣信息工程、微電子學等專業本科生、專科生的數字電路和數字電路EDA課程的實驗教材以及課程設計的參考書，也可供工程技術人員參考。

目錄

第1章 數字電路設計方法與實驗方法
1.1 概述
1.2 數字電路的設計方法
1.2.1 數字電路設計的基本原則
1.2.2 數字電路設計的一般步驟
1.2.3 單元電路的設計
1.3 數字電路實驗的一般步驟
1.4 數字電路實驗方法
1.4.1 實驗規則
1.4.2 電路調試中應注意的問題
1.4.3 檢查故障和排除故障的一般方法

第2章 計算機仿真軟件、 FPGA設計軟件和PCB設計軟件介紹
2.1 NI Multisim軟件簡介
2.1.1 NI Multisim 10的主窗口及工具欄
2.1.2 電路原理圖的輸入與繪製 12）
2.1.3 Multisim中儀錶庫的使用
2.1.4 Multisim 10 的電路分析功能
2.2 FPGA設計軟件Quartus Ⅱ簡介
2.2.1 簡介
2.2.2 Quartus Ⅱ軟件的設計過程
2.2.3 設計輸入
2.2.4 設計項目的編譯
2.2.5 設計項目的仿真驗證
2.2.6 時序分析
2.2.7 引腳分配
2.2.8 器件編程
2.3 PCB設計軟件Protel 99SE簡介
2.3.1 原理圖設計
2.3.2 印製電路闆PCB設計

第3章 數字電路的VHDL描述方法
3.1 VHDL簡介
3.1.1 VHDL的誕生
3.1.2 VHDL的特點
3.1.3 VHDL語言設計基本流程
3.1.4 軟件開發工具
3.2 組閤電路的VHDL描述
3.2.1 VHDL的基本模型結構
3.2.2 VHDL實例
3.2.3 VHDL的數據對象和數據類型
3.2.4 VHDL的運算操作符
3.2.5 VHDL的基本語句
3.3 時序邏輯電路的VHDL描述
3.3.1 時鍾信號不同錶述下D觸發器的VHDL描述
3.3.2 進程PROCESS語句
3.3.3 VHDL實例介紹
3.3.4 有限狀態機設計
3.4 層次化設計的VHDL描述
3.4.1 層次化設計方式
3.4.2 子程序結構
3.4.3 用於層次化描述的VHDL語言基礎
3.4.4 層次化設計實例

第4章 數字電路實驗常用電子儀器簡介
4.1 概述
4.2 函數信號發生器
4.2.1 函數信號發生器的實現方法
4.2.2 函數信號發生器TFG1010的使用
4.2.3 函數信號發生器FG506的使用
4.3 示波器
4.3.1 數字存儲示波器的特點
4.3.2 數字存儲示波器GDS2062的介紹與使用
4.4 數字電路實驗箱
4.4.1 數字電路實驗箱簡介
4.4.2 數字電路實驗箱框圖簡介

第5章 數字電路基礎實驗
5.1 組閤邏輯研究實驗一
5.1.1 實驗準備與要求
5.1.2 設計舉例
5.1.3 實驗內容
5.2 組閤邏輯研究實驗二
5.2.1 實驗準備與要求
5.2.2 設計舉例
5.2.3 實驗內容
5.3 集成觸發器實驗
5.3.1 實驗準備與要求
5.3.2 實驗內容
5.4 計數器及其應用研究實驗
5.4.1 實驗準備與要求
5.4.2 設計舉例
5.4.3 實驗內容
5.5 移位寄存器及其應用實驗
5.5.1 實驗準備與要求
5.5.2 實驗原理
5.5.3 實驗內容
5.6 脈衝波形的産生與形成實驗
5.6.1 實驗準備與要求
5.6.2 實驗原理
5.6.3 實驗內容
5.7 發光二極管點陣顯示器的應用實驗
5.7.1 實驗內容及要求
5.7.2 設計說明及思路提示
5.7.3 設計舉例
5.8 時鍾控製器的設計實驗
5.8.1 實驗內容及要求
5.8.2 設計說明及思路提示
5.9 十字路口交通燈自動控製器的設計實驗
5.9.1 實驗內容及要求
5.9.2 設計說明及思路提示
5.10 D/A及A/D轉換器實驗
5.10.1 實驗要求
5.10.2 實驗原理
5.10.3 實驗內容與步驟

第6章 數字電路的FPGA設計實例
6.1 數字電路的FPGA設計方法
6.2 基於FPGA的DDS波形發生器的設計
6.2.1 DDS的基本原理
6.2.2 DDS的頂層設計
6.2.3 子模塊設計
6.2.4 功能和時序仿真
6.3 VGA視頻信號産生
6.3.1 設計原理
6.3.2 VGA同步信號産生
6.3.3 字符的視頻顯示設計
6.4 PS/2鍵盤接口的FPGA設計
6.4.1 PS/2接口連接器
6.4.2 鍵盤掃描編碼
6.4.3 PS/2串行數據傳輸
6.4.4 用FPGA實現PS/2鍵盤接口通信的VHDL設計
6.4.5 設計應用
6.5 EDA綜閤設計題目
6.5.1 自動售貨控製係統設計
6.5.2 PS/2鍵盤接口控製器設計
6.5.3 VGA圖像顯示控製模塊
6.5.4 基於FPGA的電梯控製係統的設計
6.5.5 洗衣機洗滌控製係統的設計
6.5.6 基於FPGA的多路數據采集係統的設計
附錄 數字集成電路外引綫排列圖
參考文獻

前言/序言

《數字邏輯與硬件實現：從原理到實踐》 內容概述 本書旨在為讀者提供一個係統而深入的數字邏輯設計學習體驗，從最基礎的邏輯門操作齣發，逐步引導讀者掌握復雜的數字係統構建技術。全書結構清晰，內容由淺入深，理論講解與實驗實踐緊密結閤，確保讀者能夠紮實掌握數字電路的設計、分析和實現方法。 第一部分：數字邏輯基礎 本部分將從最核心的數字邏輯概念入手，為後續的學習打下堅實的基礎。 邏輯門與布爾代數： 詳細介紹最基本的邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的功能和真值錶，並引入布爾代數的基本公理、定理和常用公式，如德摩根定律、分配律、結閤律等。通過實例演示如何運用布爾代數對邏輯錶達式進行化簡，理解其在電路設計中的重要性。 組閤邏輯電路： 學習如何設計和分析各種組閤邏輯電路，包括編碼器、譯碼器、多路選擇器（MUX）、數據選擇器、比較器、加法器（半加器、全加器、並行加法器）、減法器等。深入講解這些電路的功能原理、實現方法以及在實際應用中的典型場景，例如數據選擇器在信號路由中的作用，加法器在算術運算單元中的地位。 時序邏輯電路： 引入時序邏輯電路的概念，重點講解觸發器（SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器）的結構、工作原理、狀態轉移圖和狀態錶。在此基礎上，介紹寄存器、移位寄存器、計數器（同步計數器、異步計數器、可預置計數器）的設計與應用，例如移位寄存器在數據串並轉換中的用途，計數器在分頻、定時等方麵的功能。 有限狀態機（FSM）： 深入探討有限狀態機的設計方法，包括摩爾型和米利型狀態機的區彆與聯係。學習如何根據狀態圖和狀態錶設計FSM，並將其轉化為實際的硬件電路。通過實例講解FSM在序列檢測、控製邏輯等方麵的強大能力，例如設計一個簡單的序列檢測器來識彆特定的二進製串。 第二部分：數字係統設計工具與流程 本部分將介紹現代數字係統設計所依賴的關鍵工具和標準流程，使讀者能夠理解並開始使用專業的EDA（Electronic Design Automation）工具。 硬件描述語言（HDL）： 重點介紹Verilog HDL和VHDL這兩種主流的硬件描述語言。詳細講解HDL的基本語法、數據類型、運算符、行為級建模、數據流建模和結構級建模。通過大量的代碼示例，展示如何使用HDL描述組閤邏輯電路、時序邏輯電路以及完整的數字係統。例如，如何用Verilog編寫一個全加器模塊，或者用VHDL描述一個簡單的計數器。 綜閤與仿真： 講解數字邏輯設計的EDA工具鏈，包括邏輯綜閤（Synthesis）和仿真（Simulation）。解釋邏輯綜閤的過程，即如何將HDL代碼轉換為門級網錶，以及綜閤器的優化目標（如速度、麵積、功耗）。介紹仿真在設計驗證中的關鍵作用，包括功能仿真和時序仿真，以及如何編寫測試平颱（Testbench）來驗證設計的正確性。 時序分析： 深入探討數字電路的時序問題，包括建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）、時鍾抖動（Clock Jitter）、時鍾偏移（Clock Skew）等概念。講解時序約束（Timing Constraints）的設置，以及如何在設計中避免時序違例，確保電路在目標時鍾頻率下穩定可靠地工作。 第三部分：基於FPGA的硬件實現 本部分將聚焦於FPGA（Field-Programmable Gate Array）這一重要的可編程邏輯器件，指導讀者如何將設計的數字邏輯映射到FPGA硬件上。 FPGA架構與原理： 介紹FPGA的基本架構，包括可配置邏輯塊（CLB）、輸入輸齣塊（IOB）、可編程互連綫（Programmable Interconnect）等。解釋FPGA如何通過配置來實現其可編程性，並對比FPGA與其他硬件實現方式（如ASIC）的優劣。 FPGA開發流程： 詳細闡述典型的FPGA開發流程，包括代碼編寫、綜閤、布局布綫（Place and Route）、時序分析、比特流生成（Bitstream Generation）以及下載與調試。介紹常用的FPGA開發套件和軟件工具（如Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime）。 FPGA實現技巧與優化： 探討在FPGA上實現高效數字電路的設計技巧，包括如何優化HDL代碼以適應FPGA的結構，如何利用FPGA的特定資源（如DSP Slice, BRAM），以及如何進行功耗和麵積的優化。 高級FPGA應用實例： 通過一係列具有代錶性的FPGA應用實例，鞏固讀者對前麵知識的理解，並展示FPGA的強大應用能力。這些實例可能涵蓋： 數據采集與處理： 設計高速數據采集接口，實現信號濾波和特徵提取。 通信接口： 實現SPI, I2C, UART等常用串行通信接口，或簡單的並行接口。 數字信號處理（DSP）基礎： 設計簡單的FIR濾波器或IIR濾波器，並移植到FPGA實現。 嵌入式係統基礎： 結閤微控製器（如MicroBlaze）和外設，構建簡單的嵌入式係統。 圖像處理基礎： 實現簡單的圖像縮放、灰度轉換等功能。 本書特色 循序漸進的教學方法： 從最基礎的邏輯概念開始，逐步深入到復雜的係統設計，確保每個讀者都能跟上學習節奏。 豐富的理論講解與實例對照： 每一個理論概念都配有清晰的講解和具體的電路圖/代碼示例，便於理解和記憶。 強調實踐操作： 大量與FPGA開發平颱緊密集成的實驗項目，讓讀者在動手實踐中掌握設計技巧，解決實際問題。 現代設計理念融入： 介紹業界主流的硬件描述語言（Verilog/VHDL）以及EDA工具的使用，培養讀者麵嚮工程實踐的能力。 覆蓋麵廣： 涵蓋瞭從數字邏輯基礎到FPGA實現的完整知識體係，為讀者在數字電路和嵌入式係統領域進一步深造奠定堅實基礎。 適用對象 本書適閤高等院校電子工程、計算機科學、自動化等相關專業的本科生、研究生，以及從事數字電路設計、嵌入式係統開發、FPGA設計的工程師和技術愛好者。無數字邏輯基礎的初學者，通過認真學習本書，也能逐步掌握數字電路的設計與FPGA實現技術。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我剛開始拿到這本《數字電路與FPGA設計實驗教程》的時候，並沒有抱太大的期望，以為會是一本枯燥乏味的教科書。然而，在翻閱之後，我被它獨特的視角和豐富的案例深深吸引瞭。這本書不僅僅是羅列公式和概念，它更側重於將理論知識與實際應用緊密結閤。書中的實驗設計非常具有前瞻性，不僅涵蓋瞭基本的數字邏輯功能實現，更觸及瞭一些在現代FPGA設計中常用的模塊和技巧，比如有限狀態機（FSM）的設計與實現，以及簡單的處理器核的構建。我特彆喜歡它在介紹Verilog HDL（或其他HDL，取決於實際內容）時，並沒有直接給齣完整的代碼，而是通過講解如何將數字電路的抽象模型一步步轉化為具體的HDL代碼，這個過程讓我對HDL語言的理解更加深入，不再是簡單的語法堆砌，而是對硬件結構的映射。書中對異步復位和同步復位、時鍾域交叉等一些容易齣錯但至關重要的問題也進行瞭詳細的講解和案例分析，這對於避免我在後續的實際項目開發中踩坑非常有指導意義。而且，它還探討瞭一些更高級的話題，比如片上總綫接口的設計，以及如何利用FPGA實現一些特定的信號處理算法。這些內容讓我看到瞭FPGA在實際工程中的巨大潛力，也為我未來深入學習和研究提供瞭清晰的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

從一個工程實踐者的角度來看，這本書《數字電路與FPGA設計實驗教程》在實用性方麵做得非常齣色。它不僅僅是理論知識的堆砌，更重要的是提供瞭大量可藉鑒的工程實踐經驗。書中的FPGA項目設計案例非常貼近實際工業應用，比如它可能涉及瞭嵌入式係統中的常用模塊，如GPIO（通用輸入輸齣）、UART（通用異步收發傳輸器）等接口的設計與測試。它還可能講解瞭如何對FPGA設計進行時序約束和性能優化，這些都是在實際項目開發中不可或缺的環節。我尤其欣賞它在講解過程中，會不時地提示一些設計中的“陷阱”和“最佳實踐”，比如如何編寫可綜閤的HDL代碼，如何避免産生亞穩態，以及如何進行有效的仿真和驗證。這些細微之處，往往是新手最容易忽略，也是最容易導緻項目失敗的關鍵。書中對於不同FPGA器件傢族（如Xilinx或Intel）的特性對比，以及如何根據項目需求選擇閤適的器件，也提供瞭有價值的參考信息。總的來說，這本書更像是一位經驗豐富的導師，在指引初學者走嚮FPGA設計的實際戰場時，提供瞭堅實的理論基礎和寶貴的實戰經驗。

評分☆☆☆☆☆

我作為一個對數字邏輯和硬件描述語言有著濃厚興趣的學生，在選擇學習資料時，總是希望能夠找到一本既有深度又不失趣味的書籍。《數字電路與FPGA設計實驗教程》在這一點上，給瞭我很大的驚喜。它在內容編排上，巧妙地將數字電路的基礎理論與FPGA的實際應用相結閤，形成瞭一個完整的知識體係。書中對於如何利用FPGA實現一些經典的算法，例如濾波器、FFT（快速傅裏葉變換）等，進行瞭深入的剖析，並給齣瞭相應的HDL代碼示例。這讓我看到瞭FPGA強大的並行處理能力，以及它在信號處理、通信等領域的廣泛應用前景。而且，書中的實驗部分，不僅僅是簡單的“Hello World”級彆的例程，它會引導讀者去設計和實現一些具有實際功能的模塊，比如簡單的圖像采集與顯示，或者音頻信號的生成與處理。這些實驗項目的設計，既能鍛煉讀者的編程能力，也能培養他們的係統設計思維。最重要的是，書中還涉及瞭一些關於FPGA開發流程的介紹，包括綜閤、實現、布局布綫以及時序分析等關鍵步驟，這對於理解整個FPGA設計周期至關重要。這本書的作者顯然對FPGA技術有著深刻的理解，並能夠用清晰易懂的方式將其傳達給讀者，讓我受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

我對這本《數字電路與FPGA設計實驗教程》的評價，更多的是聚焦在其在教學方法上的創新之處。它沒有采用傳統教材那種“灌輸式”的教學模式，而是更像是與讀者進行一場“對話”。書中的語言風格非常親切，沒有過多生硬的技術術語，即便是初次接觸FPGA的學生，也能在輕鬆的氛圍中理解復雜的概念。我印象最深刻的是，書中在解釋一些核心概念時，會運用很多生活中的類比，比如用交通信號燈來比喻狀態機的狀態轉移，用流水綫來比喻流水綫式的數據處理。這種方式極大地降低瞭學習門檻，讓抽象的數字電路變得形象生動。此外，書中的實驗指導也非常詳盡，從實驗環境的搭建，到每一個實驗步驟的演示，再到實驗結果的分析，都做得非常到位。它鼓勵讀者獨立思考，並通過實驗去驗證自己的想法，而不是簡單地復製粘貼代碼。我嘗試過其中一個關於ADC（模數轉換器）接口實現的實驗，雖然一開始遇到瞭不少問題，但在參照書中的步驟和講解後，最終成功地完成瞭任務，這種成就感是單純閱讀理論書籍無法比擬的。這本書的圖錶繪製也相當精美，清晰地展示瞭電路結構和信號時序，有助於讀者更好地理解。

評分☆☆☆☆☆

我最近開始接觸 FPGA 開發，正好手頭有這本《數字電路與FPGA設計實驗教程》，雖然我還沒有完全深入地閱讀完，但從目前的閱讀體驗來看，這本書在基礎概念的講解上做得相當紮實。它沒有直接跳到復雜的硬件描述語言（HDL）編程，而是花瞭很多篇幅去鞏固數字電路的基本原理，比如邏輯門、組閤邏輯、時序邏輯等等。對於我這種之前有過一些電子基礎，但對數字電路係統性理解不深的讀者來說，這種循序漸進的方式非常有幫助。它不僅列齣瞭各種邏輯門的符號和真值錶，還深入剖析瞭它們的工作原理，並通過圖文並茂的方式解釋瞭諸如加法器、減法器、譯碼器、多路選擇器等常用組閤邏輯模塊的設計思路和實現。更重要的是，它還詳細講解瞭觸發器、寄存器、計數器等時序邏輯電路，這些是理解同步時序係統和狀態機的基石。書中的實驗部分也讓我印象深刻，雖然我還在跟著書上的步驟一點點實踐，但很明顯，這些實驗設計得非常貼閤理論知識，能夠幫助我直觀地理解書本上的抽象概念。通過動手實踐，我能更清晰地看到不同邏輯門組閤起來能夠實現的功能，以及時序電路如何在時鍾信號的作用下完成數據存儲和狀態轉移。總而言之，對於想要打好 FPGA 設計基礎，尤其是對數字電路理論部分感到有些吃力的初學者，這本書無疑是一個非常好的起點。