正版新书--VHDL数字电路设计教程 (巴西)佩德罗尼 电子工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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巴西佩德罗尼 著

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• 数字电路设计
• 教程
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• 佩德罗尼
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• 数字逻辑
• 硬件描述语言
• FPGA

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121186721

商品编码：29677667315

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：VHDL数字电路设计教程

定价：35.00元

作者：(巴西)佩德罗尼

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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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。本书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。

目录

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目 录
部分 电 路 设 计
章 引言2
1.1 关于VHDL2
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#1129
8.3 设计风格#2136
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
0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

1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
2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

作者介绍

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文摘

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序言

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探索数字世界的基石：VHDL与现代集成电路设计 在当今科技飞速发展的时代，数字电路无处不在，它们构成了我们赖以生存的电子设备的核心。从智能手机到高性能计算机，从汽车电子到医疗仪器，数字电路的设计和实现能力已成为衡量一个国家科技实力的重要指标。而VHDL，作为一种强大的硬件描述语言，正是开启数字电路设计之门的金钥匙。 本书并非仅仅是关于VHDL语法和实现的简单罗列，而是深入探究VHDL在实际数字电路设计中所扮演的关键角色，以及如何利用它来构建复杂、高效且可靠的数字系统。我们将带领读者穿越由逻辑门、触发器、寄存器和状态机组成的数字世界，理解它们如何协同工作，最终实现令人惊叹的功能。 第一篇：数字逻辑基础与VHDL入门 在深入VHDL的世界之前，对数字逻辑的基础知识进行回顾和巩固是必不可少的。本篇将从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）开始，逐步引入组合逻辑电路（如加法器、多路选择器、译码器）和时序逻辑电路（如触发器、计数器、移位寄存器）。我们将详细阐述这些基本构建模块的设计原理和工作方式，并解释它们在数字系统中为何如此重要。 随后，我们将正式介绍VHDL。VHDL（VHSIC Hardware Description Language）不仅仅是一种编程语言，更是一种描述硬件行为和结构的强大工具。我们将从VHDL的基本语法入手，包括实体（Entity）、架构（Architecture）、端口（Port）和信号（Signal）等核心概念。读者将学习如何使用VHDL来描述硬件的输入输出接口，以及内部逻辑的功能。 我们还将介绍VHDL中的几种主要的描述方式：行为级描述、数据流级描述和结构级描述。行为级描述侧重于描述电路的功能和行为，如同编写程序一样；数据流级描述则关注信号之间的逻辑关系和数据流动；结构级描述则更加贴近硬件实现，通过实例化和连接更小的模块来构建大型系统。理解这几种描述方式的差异和适用场景，将帮助读者更灵活地运用VHDL解决实际问题。 此外，本篇还将涵盖VHDL中的常用语句，如信号赋值语句、进程（Process）语句、条件语句（IF-THEN-ELSE, CASE）和循环语句（FOR, WHILE）。这些语句构成了VHDL描述的核心，掌握它们是进行复杂逻辑设计的关键。我们将通过大量简单而典型的例子，例如LED闪烁、数码管显示等，让读者在实践中理解VHDL的语法和应用。 第二篇：组合逻辑与时序逻辑电路的VHDL设计 在掌握了VHDL的基础语法后，本篇将专注于如何使用VHDL来设计和实现常见的组合逻辑电路和时序逻辑电路。 对于组合逻辑电路，我们将详细讲解如何用VHDL设计加法器（半加器、全加器、多位加法器）、减法器、乘法器、比较器、译码器、编码器、多路选择器和解复用器等。我们将深入分析这些电路的设计思路，并提供相应的VHDL代码实现。例如，在设计加法器时，我们将展示如何从最基本的逻辑门级描述，到更为高效的数据流级描述，以及如何处理进位和溢出问题。 时序逻辑电路是数字电路设计中更为复杂的部分，它们依赖于时钟信号来同步操作。本篇将重点介绍触发器（D触发器、JK触发器、SR触发器、T触发器）的设计，以及基于触发器构建的寄存器、移位寄存器和计数器。我们将详细阐述状态机（Finite State Machine, FSM）的设计方法，包括Mealy型和Moore型状态机的区别，以及如何用VHDL清晰地描述状态转移和输出逻辑。状态机是实现复杂控制逻辑的核心，例如交通灯控制器、序列检测器等。 在设计过程中，我们还将强调仿真（Simulation）和综合（Synthesis）的重要性。仿真允许我们在硬件实现之前验证VHDL代码的正确性，找出逻辑错误。综合则是将VHDL代码转化为实际的硬件电路网表的过程，这是FPGA和ASIC设计流程的关键一步。我们将介绍如何使用主流的EDA（Electronic Design Automation）工具进行仿真和综合，并解释不同描述方式对综合结果的影响。 第三篇：高级VHDL设计技术与项目实践 本篇将进一步拓展读者的VHDL设计视野，介绍一些更高级的设计技术，并引导读者进行实际项目的设计与实现。 我们将深入探讨VHDL中的并发（Concurrency）和顺序（Sequential）执行模型。理解进程（Process）的敏感性列表（Sensitivity List）以及如何在并发环境中管理信号的更新，对于编写高效且无竞争的VHDL代码至关重要。 此外，本篇还将介绍如何使用VHDL实现存储器（Memory）的设计，包括RAM（Random Access Memory）和ROM（Read-Only Memory）等。我们将讲解如何描述存储器的读写操作，以及如何实例化预定义的存储器IP核。 函数的（Function）和过程（Procedure）是VHDL中用于代码复用和模块化的重要机制。我们将详细介绍它们的定义和调用方式，以及如何利用它们来简化设计，提高代码的可读性和可维护性。 为了巩固所学知识，本篇将包含一系列循序渐进的项目实践。从简单的数字时钟、计算器，到稍复杂的交通灯控制器、数据采集系统，再到更具挑战性的FPGA开发板上的实例，如SPI通信接口、I2C通信接口等。每一个项目都将从需求分析、模块划分、VHDL代码编写、仿真验证到最终的下载到FPGA板上运行，完整地展示一个数字电路设计的全过程。 在项目实践中，我们将特别强调代码的规范性、可读性和可维护性。良好的代码风格不仅有助于团队协作，也能在未来的维护和修改中节省大量时间和精力。 第四篇：FPGA与ASIC设计流程简介 作为数字电路设计的最终载体，FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）是VHDL应用的两大主要领域。本篇将为读者简要介绍这两种技术的背景、特点以及与VHDL设计的关系。 我们将解释FPGA是如何通过配置内部的逻辑单元和互连线来实现任意数字逻辑功能的。读者将了解到FPGA开发板的组成，以及如何使用EDA工具将VHDL设计编译、映射并下载到FPGA中。 对于ASIC设计，我们将简要介绍其流程，包括逻辑综合、物理设计（布局布线）以及最终的芯片制造。我们将讨论VHDL在ASIC设计流程中的作用，以及与FPGA设计在某些方面存在的差异。 最后，本篇还将展望VHDL在未来数字电路设计中的发展趋势，例如对更高层次抽象的需求、对低功耗设计的关注以及与新兴技术（如人工智能、物联网）的结合。 结语 掌握VHDL不仅仅是掌握一门语言，更是掌握了一种解决问题的思维方式，一种将抽象概念转化为实际硬件的能力。本书旨在为读者打下坚实的VHDL设计基础，并提供丰富的实践经验，使读者能够自信地参与到各种数字电路的设计与开发中。无论您是电子工程专业的学生，还是希望进入数字设计领域的初学者，亦或是寻求提升技能的专业人士，本书都将是您通往数字世界精彩旅程的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书的翻译质量是让我非常惊喜的一个方面。作为一本引进的外国教材，我们都知道翻译质量往往是影响阅读体验的“地雷区”。然而，这本译本处理得非常到位，专业术语的选用准确且统一，保持了电子工程领域的严谨性。更重要的是，译者显然对VHDL和数字电路设计领域有深入的理解，他们在处理那些源于英语的特定表达方式时，没有采用生硬的直译，而是选择了最符合中文技术语境的表达方式，使得阅读过程非常流畅自然，丝毫没有“翻译腔”带来的阅读障碍。很多技术书籍的译本读起来拗口，需要读者在脑海中进行二次转换，但这本书几乎没有这个问题，我可以专注于理解内容本身，而不是纠结于语句结构。这表明出版社在引进和编辑环节上投入了巨大的精力和专业性，使得这本书能够真正地跨越语言障碍，将原著的精髓毫无损耗地传递给国内的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量出乎意料地好，对于一本技术类的专业书籍来说，这绝对是一个加分项。纸张的厚度适中，即便是长时间阅读，也不会觉得眼睛特别疲劳，而且墨水和字体的选择也显得非常专业和严谨。更值得称赞的是，书中大量的硬件描述语言（HDL）代码示例，排版得井井有条，缩进和注释的规范性极高，这对于我们这些需要经常对照代码理解逻辑流程的读者来说，简直是福音。我发现，很多国内引进的教材在代码格式上常常有些混乱，但这本书似乎在翻译和排版时就对这一点进行了严格把控，使得那些复杂的并行结构和并发语句看起来清晰明了，极大地降低了阅读代码时的认知负荷。而且，不同章节之间的过渡非常自然，它不像一些书籍那样，突然间就抛出一个高难度的项目，而是通过一系列循序渐进的小练习，逐步引导读者掌握核心技术点，这种“搭积木式”的学习路径，让整个学习过程充满了成就感，让人感觉学习数字设计并没有想象中那么枯燥和遥不可及。

评分☆☆☆☆☆

这本封面设计得相当朴实，一看就知道是那种脚踏实地做内容的教材，而不是那种花里胡哨、徒有其表的“网红”书籍。刚拿到手的时候，我就迫不及待地翻阅了目录，发现它对数字电路设计的基础概念讲解得非常系统和深入。特别是对于初学者而言，它并没有急于展示那些复杂的代码实现，而是花了大量的篇幅来打牢理论基础，这一点我非常欣赏。比如，书中对时序逻辑和组合逻辑的区分、状态机的建模方法，讲解得层层递进，逻辑清晰。我记得以前看其他教材时，很多地方总是需要反复琢磨才能理解，但这本书的作者似乎非常懂得读者的思维定势和知识盲区，总能在关键点上给出恰到好处的类比和图示来辅助理解。例如，在介绍锁存器和触发器的工作原理时，那些时序图的绘制和解释，简直是教科书级别的清晰度。整体感觉就是，这本书是那种能让你从“知其然而不知其所以然”的状态，一步步迈向“融会贯通”的得力助手。它更像一位经验丰富、耐心细致的导师，而不是冷冰冰的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

从一个使用者的角度来看，这本书最大的价值在于其提供的“思维框架”，而不仅仅是语法手册。很多时候，我们学习一种语言，比如VHDL，只是记住了关键字和结构，但一旦遇到没有现成例子的复杂问题，就会感到束手无策。这本书的厉害之处在于，它似乎在无形中塑造了一种结构化的设计思维：遇到需求时，如何抽象模型，如何分解功能模块，如何在不同的抽象层次（行为级、寄存器传输级）之间进行切换和验证。书中对“自上而下”和“自下而上”两种设计方法的对比分析，以及何时采用哪种方法的指导，对我启发很大。它教会我，设计一个复杂的数字系统，关键不在于你堆砌了多少复杂的代码，而在于你构建的模块划分是否合理，接口定义是否清晰。这种设计哲学的传授，远比单纯的代码示例更有价值，它能帮助读者建立起面对未来任何新颖设计任务时，都能保持清晰思路的内在驱动力。

评分☆☆☆☆☆

我特别关注了书中关于高级设计技巧和项目实践的部分，这部分内容可以说是这本书区别于普通入门教材的关键所在。作者没有停留在基础的AND/OR/NOT门级仿真层面，而是深入探讨了如何进行综合（Synthesis）优化，以及如何理解和应对时序约束（Timing Constraints）带来的挑战。书中对于系统级设计（System-level design）的介绍也颇有见地，它不仅仅是教你如何写出能跑的VHDL代码，更重要的是教会你如何写出“高效的”、“可综合的”代码，这才是真正步入专业领域所需要的核心能力。我记得有一章专门讲解了流水线（Pipelining）技术的应用实例，分析得非常透彻，从增加吞吐量到处理数据依赖性的各种权衡，作者的分析角度非常务实，完全是基于实际芯片设计流程来展开的，这让书中的知识点立马“活”了起来，不再是书本上的死知识，而是可以立刻应用到实际FPGA项目中的宝贵经验。