本書內容是基於Vivado設計套件和XUP A7闆卡進行安排的,利用85個例程,詳細介紹瞭數字邏輯實驗的基本設計方法。內容由淺入深,循序漸進,學生易於接受,不僅有利於學生對理論知識的消化吸收,而且對實踐操作具有直接指導意義。
本書以Xilinx公司的Vivado FPGA設計套件為基礎,以Xilinx大學計劃(Xilinx University Program,XUP)的Artix-7闆卡為硬件平颱,將數字邏輯設計與硬件描述語言Verilog HDL相結閤,循序漸進地介紹瞭基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗的基本過程和方法。本書主要內容包括硬件開發平颱介紹、軟件平颱介紹、FPGA設計實例、組閤邏輯電路實驗、時序邏輯電路實驗、數字邏輯設計和接口實驗及數字邏輯綜閤實驗。書中包含大量的設計實例,內容翔實、係統、全麵。
第1章 硬件開發平颱介紹 1
1.1 Xilinx FPGA器件 1
1.1.1 Xilinx公司簡介 1
1.1.2 Xilinx的FPGA器件係列 2
1.2 Xilinx大學計劃闆卡 5
1.3 主電路及外圍接口電路 6
1.4 XUP闆卡測試 21
第2章 軟件平颱介紹 23
2.1 Vivado設計套件 23
2.1.1 Vivado軟件安裝流程 24
2.1.2 IP封裝器、集成器和目錄 28
2.1.3 標準化XDC約束文件 29
2.1.4 工程命令語言 29
2.1.5 Vivado設計套件的啓動方法 30
2.1.6 Vivado設計套件的界麵 31
2.2 FPGA設計流程 37
2.2.1 Vivado套件的設計流程 37
2.2.2 設計綜閤流程 39
2.2.3 設計實現流程 42
2.3 硬件描述語言 45
2.3.1 VHDL簡介 46
2.3.2 Verilog HDL簡介 49
第3章 FPGA設計實例 56
3.1 基於原理圖的設計實例 56
3.1.1 簡易數字鍾實驗原理 56
3.1.2 實驗流程 57
3.2 基於Verilog HDL的設計實例 80
3.2.1 設計要求 80
3.2.2 實驗操作步驟 81
3.3 74係列IP封裝設計實例 91
3.3.1 IP核分類 91
3.3.2 IP封裝實驗流程 92
3.3.3 調用封裝後的IP 100
第4章 組閤邏輯電路實驗 104
4.1 邏輯門電路 104
4.1.1 基本及常用的邏輯門 104
4.1.2 與非門電路的簡單應用 110
4.2 多路選擇器 112
4.2.1 2選1多路選擇器 113
4.2.2 4選1多路選擇器 114
4.2.3 4位2選1多路選擇器 117
4.2.4 74LS253的IP核設計及應用 119
4.2.5 74LS151的IP核設計 122
4.3 比較器 123
4.3.1 4位比較器 124
4.3.2 74LS85的IP核設計及應用 127
4.3.3 利用數據選擇器74LS151設計2位比較器 130
4.4 譯碼器 131
4.4.1 3綫-8綫譯碼器 131
4.4.2 74LS138的IP核設計及應用 133
4.4.3 數碼管顯示 135
4.5 編碼器 142
4.5.1 二進製普通編碼器 142
4.5.2 二進製優先編碼器 144
4.5.3 74LS148的IP核設計 145
4.6 編碼轉換器 147
4.6.1 二進製-BCD碼轉換器 147
4.6.2 格雷碼轉換器 151
4.7 加法器 152
4.7.1 半加器 152
4.7.2 全加器 153
4.7.3 4位加法器 153
4.8 減法器 157
4.8.1 半減器 157
4.8.2 全減器 157
4.9 乘法器 159
4.10 除法器 163
第5章 時序邏輯電路實驗 169
5.1 鎖存器和觸發器 169
5.1.1 鎖存器 169
5.1.2 觸發器 170
5.1.3 74LS74的IP核設計及應用 176
5.2 寄存器 178
5.2.1 基本寄存器 178
5.2.2 移位寄存器 182
5.2.3 74LS194的IP核設計及應用 189
5.3 計數器 191
5.3.1 二進製計數器 192
5.3.2 N進製計數器 195
5.3.3 任意波形的實現 201
5.3.4 74LS161的IP核設計及應用 202
5.4 脈衝寬度調製 208
5.5 時序邏輯電路綜閤設計 210
第6章 數字邏輯設計和接口實驗 221
6.1 有限狀態機 221
6.1.1 Moore狀態機和Mealy狀態機 221
6.1.2 有限狀態機設計例程 221
6.2 最大公約數 234
6.2.1 GCD算法 235
6.2.2 改進的GCD算法 243
6.3 整數平方根 247
6.3.1 整數平方根算法 248
6.3.2 改進的整數平方根算法 255
6.4 存儲器 259
6.4.1 隻讀存儲器(ROM) 259
6.4.2 分布式的存儲器 262
6.4.3 塊存儲器 266
6.5 VGA控製器 269
6.5.1 VGA的時序 271
6.5.2 VGA控製器實例 272
6.6 鍵盤和鼠標接口 292
6.6.1 鍵盤 293
6.6.2 鼠標 297
第 章 數字邏輯綜閤實驗 306
7.1 數字鍾 306
7.2 數字頻率計 310
7.3 電梯控製器 314
7.4 波形發生電路 320
7.5 超聲波測距儀 332
7.6 手機電池保護闆 337
附錄A Basys3電路圖 349
附錄B 引腳約束 356
前 言
在過去的幾十年中,隨著半導體工藝和處理器技術的高速發展,數字電路設計經曆瞭革命性的發展。作為全球領先的可編程邏輯器件及完整解決方案的供應商,美國的Xilinx公司於2012年發布瞭新一代FPGA設計套件Vivado,其設計環境和設計方法與上一代ISE設計套件相比發生瞭重大變化。Vivado側重基於知識産權(Intellectual Property,IP)核的設計方法,允許用戶根據需要選擇不同的設計策略,大大提高瞭FPGA的設計效率。
隨著全開放、自主實驗教學模式的改革,傳統的拘泥於實驗室裏的數字邏輯實驗麵臨巨大的挑戰。目前,國內外很多著名高校不斷跟進技術的發展,基於新型的FPGA實驗平颱開展數字邏輯等課程的教學和實驗。Xilinx大學計劃(Xilinx University Program,XUP)針對高校師生推齣一係列入門級的FPGA闆卡,其中XUP A7闆卡專門針對Vivado Design Suite而設計,具有Xilinx Artix-7 FPGA架構,也稱為“口袋實驗室”。每位學生都可以擁有一套低成本的FPGA闆卡,能夠隨時隨地地驗證理論課程的教學內容,並將自己的設計或創意在闆卡上運行,有利於培養學生的自學能力、實踐能力和創新能力。
本書內容是基於Vivado設計套件和XUP A7闆卡進行安排的,利用85個例程,詳細介紹瞭數字邏輯實驗的基本設計方法。內容由淺入深,循序漸進,學生易於接受,不僅有利於學生對理論知識的消化吸收,而且對實踐操作具有直接指導意義。每章內容要點如下。
(1)第1章主要介紹Xilinx公司的FPGA器件係列,以及XUP A7闆卡的主電路和外圍接口電路。
(2)第2章通過對比原來采用的ISE設計套件,介紹瞭Vivado設計套件的功能和特性、Vivado軟件安裝流程和啓動方法、Vivado設計套件的界麵、標準化XDC約束文件等內容。在此基礎上,介紹瞭FPGA的設計流程,包括設計綜閤和設計實現流程。最後介紹瞭VHDL和Verilog HDL兩種常見的硬件描述語言。
(3)第3章通過設計實例介紹基於Vivado進行FPGA設計的三種基本方法,分彆是基於原理圖的設計實例、基於Verilog HDL語言的設計實例和74係列IP封裝設計實例。
(4)第4章主要介紹瞭基於Vivado的組閤邏輯電路實驗,包括邏輯門電路、多路選擇器、比較器、譯碼器、編碼器、編碼轉換器、加法器、減法器、乘法器和除法器等實驗內容。
(5)第5章主要介紹瞭基於Vivado的時序邏輯電路實驗,包括鎖存器、觸發器、寄存器、計數器、脈衝寬度調製及時序邏輯電路綜閤設計等實驗內容。
(6)第6章主要介紹瞭數字邏輯電路和接口實驗,包括有限狀態機、最大公約數、整數平方根、存儲器、VGA控製器、鍵盤和鼠標接口等實驗內容。
(7)第7章主要介紹瞭數字邏輯綜閤實驗,包括數字鍾、數字頻率計、電梯控製器、波形發生電路、超聲波測距儀和手機電池保護闆。
本書吸取瞭哈爾濱工業大學電工電子實驗教學中心教師的實踐教學經驗,並在大傢的支持與指導下完成,廉玉欣負責全書的統籌規劃和文字潤飾。第1章、第2章、第3章由廉玉欣完成,第4章、第5章、6.1節~6.5節由侯博雅完成,第7章由王猛完成,侯雲鵬完成瞭6.6節、附錄及部分實驗驗證內容。
本書的撰寫得到瞭Xilinx大學計劃亞太區經理陸佳華先生和依元素科技有限公司陳俊彥經理及仝信、黃磊、於勇等多位工程師的大力支持和幫助,他們為本書的編寫提供瞭大量的資料和硬件平颱,嚮各位緻以衷心的謝意!
由於FPGA技術發展迅速,編者水平有限,書中難免有錯誤和不妥之處,敬請讀者提齣寶貴意見,以便於本書的修訂和完善。
編著者
2016年3月於哈爾濱工業大學
這本書的作者背景和齣版方的信譽也是我選擇它的重要考量。雖然我無法從封麵直接判斷作者的專業程度,但“Xilinx Vivado”這個關鍵詞錶明瞭作者對當前主流FPGA技術棧的熟悉程度。我希望這本書能夠由經驗豐富的FPGA工程師或資深的數字邏輯設計教育者編寫,這樣纔能確保內容的準確性和前沿性。我期待這本書能夠提供關於Xilinx FPGA架構的一些基礎介紹,比如不同係列FPGA的特點、內部資源(LUT、FF、BRAM、DSP等)的詳細說明,以及它們在實際設計中的應用。同時,我也希望能看到書中對FPGA設計流程的深入剖析,包括RTL設計、綜閤、靜態時序分析、布局布綫、配置和驗證等各個環節。對於每一個環節,我期望作者能夠提供清晰的圖示和詳細的操作指南,讓讀者能夠直觀地理解。此外,書中如果能包含一些關於如何利用Vivado進行IP集成、IP核開發的實例,以及如何進行闆級調試和問題排查的經驗分享,那就太有價值瞭。總而言之,我希望這本書能夠成為我掌握FPGA設計技術、熟練運用Vivado進行開發的堅實基礎。
評分我被這本書的標題所吸引,因為它直接觸及瞭我當前學習和工作中的一個關鍵需求:如何將理論知識轉化為實際的FPGA硬件設計。作為一名正在深入學習數字邏輯和FPGA設計的學生,我深知掌握一個強大的開發工具的重要性,而Vivado無疑是目前FPGA領域最主流的開發環境之一。因此,我非常期待這本書能夠係統地介紹如何使用Vivado來進行數字邏輯實驗。我希望書中能夠從搭建開發環境開始,詳細講解Vivado的各項功能,包括工程管理、代碼編輯、仿真、綜閤、實現、時序約束、以及比特流生成和下載等。更重要的是,我希望這本書能夠提供一係列精心設計的實驗項目,這些項目能夠涵蓋數字邏輯設計的核心概念,例如組閤邏輯電路的設計與實現、時序邏輯電路的設計與實現、狀態機設計、微處理器基礎、以及簡單的通信接口等。對於每一個實驗,我都期望能夠看到清晰的設計框圖、詳盡的Verilog/VHDL代碼示例、以及如何在Vivado中進行仿真和硬件調試的步驟說明。我尤其關注書中關於如何進行時序分析和優化的講解,以及如何利用Vivado提供的工具來分析和解決潛在的設計問題。如果書中還能涉及一些關於FPGA設計中常見的坑和避坑指南,那就更具指導意義瞭。
評分我對這本書的實用性抱有很大的期望。作為一名正在學習FPGA設計的學生,我發現市麵上很多教程要麼過於理論化,要麼過於淺顯,很難找到一本既能打好基礎,又能指導實際操作的書籍。這本書的標題“基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗教程”正是我急需的。我希望它能詳細講解如何使用Vivado這個強大的開發環境來完成各種數字邏輯實驗。具體來說,我希望能看到關於如何創建Vivado工程、導入設計文件、進行綜閤、實現(布局布綫)以及生成比特流文件的詳細步驟。更重要的是,我希望書中能夠提供一些實際的、有代錶性的實驗項目,比如設計一個簡單的微處理器、實現一個SPI/I2C通信接口、或者構建一個圖像處理模塊等等。對於每一個實驗,我期望能夠看到清晰的設計思路、詳細的Verilog/VHDL代碼示例,以及如何在Vivado中進行仿真和硬件調試的指導。我特彆關注的是書中對於如何理解和優化時序的講解,以及如何使用Vivado提供的工具來分析和解決時序違例的問題。如果書中還能涉及一些關於FPGA設計中的低功耗技術、抗乾擾設計等方麵的入門介紹,那就更完美瞭。
評分翻看這本書的目錄,感覺內容安排得相當有條理。從最基礎的數字電路基礎知識,比如邏輯門、組閤邏輯、時序邏輯,到更高級的處理器設計、總綫接口等等,似乎都涵蓋瞭。我比較看重的是它在實驗設計上的思路,希望它不是簡單地羅列一些實驗代碼,而是能夠深入淺齣地講解每個實驗的設計原理、實現方法以及對應的硬件平颱。例如,書中如果能對一些經典的數字係統,如計數器、移位寄存器、狀態機等,從不同的實現方式到性能優化進行對比分析,那就非常有價值瞭。我對Vivado的調試功能尤其感興趣,在實際的FPGA開發過程中,調試往往是耗時最長、也最容易讓人頭疼的部分。如果這本書能詳細介紹Vivado自帶的邏輯分析儀(ILA)、仿真工具等的使用方法,並結閤實例講解如何快速定位和解決設計中的bug,那對我來說將是莫大的幫助。此外,我也期望書中能夠涉及一些進階的主題,比如如何利用Vivado進行IP核的創建和復用,如何進行性能和功耗的優化,甚至是如何接觸到一些高級的FPGA設計方法學。總之,我希望這本書能成為我從零開始,逐步成長為一名熟練的FPGA工程師的得力助手,讓我不僅理解理論,更能高效地將想法轉化為實際的硬件電路。
評分這本書的封麵設計挺吸引人的,簡潔明瞭,色調也比較沉穩,一看就是那種偏嚮技術類的書籍。標題“基於Xilinx Vivado的數字邏輯實驗教程”直接點明瞭主題,對於想學習數字邏輯設計,並且希望使用主流FPGA開發平颱Xilinx Vivado的讀者來說,這個標題非常有指嚮性。我個人一直對FPGA技術很感興趣,尤其是在數字信號處理、嵌入式係統等領域,FPGA的靈活性和高性能給我留下瞭深刻的印象。然而,從理論到實踐,中間總隔著一道坎,那就是如何有效地利用開發工具進行設計和驗證。Vivado作為Xilinx最新一代的開發套件,功能強大,但同時也意味著陡峭的學習麯綫。所以,一本能夠係統講解Vivado在數字邏輯實驗中的應用的教程,對我來說是十分期待的。我希望能在這本書中找到清晰的步驟指導,從最基礎的Verilog HDL語法,到如何搭建工程、綜閤、布局布綫、下載比特流,再到最終的實驗驗證,每一個環節都能有詳細的解釋和示例。尤其是一些在實際操作中容易遇到的問題,比如時序約束、功耗分析、調試技巧等,如果能有所提及,那就更好瞭。我希望這本書不僅僅是理論的堆砌,更重要的是能夠引導我動手實踐,通過一個個精心設計的實驗,逐步掌握數字邏輯設計和Vivado使用的精髓。
評分東西一如既往的好,還會一直光顧!
評分書內容一點都不好。
評分用一下試試吧
評分還沒開始看,買來先囤著!!!!!!!!!
評分自己學習用,質量還可以!
評分用一下試試吧
評分看瞭收益很大很不錯,這本書
評分還行吧。湊單買的。還沒看。
評分收到貨瞭,物流很快,質量不錯。
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