正版新書--VHDL數字電路設計教程 (巴西)佩德羅尼 電子工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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巴西佩德羅尼 著

圖書標籤:

• VHDL
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• 數字邏輯
• 硬件描述語言
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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121186721

商品編碼：29677667315

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名：VHDL數字電路設計教程

定價：35.00元

作者：(巴西)佩德羅尼

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787121186721

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

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內容提要

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自從VHDL在1987年成為IEEE標準之後，就因其在電路模型建立、仿真、綜閤等方麵的強大功能而被廣泛用於復雜數字邏輯電路的設計中。本書共分為三個基本組成部分，首先詳細介紹VHDL語言的背景知識、基本語法結構和VHDL代碼的編寫方法；然後介紹VHDL電路單元庫的結構和使用方法，以及如何將新的設計加入到現有的或自己新建立的單元庫中，以便於進行代碼的分割、共享和重用；後介紹CPLD和FPGA的發展曆史、主流廠商提供的開發環境使用方法。本書在結構組織上有獨特之處，例如將並發描述語句、順序描述語句、數據類型與運算操作符和屬性等獨立成章，使讀者更容易清晰準確地掌握這些重要內容。本書注重設計實踐，給齣瞭大量完整設計實例的電路圖、相關基本概念、電路工作原理以及仿真結果，從而將VHDL語法學習和如何采用它進行電路設計有機地結閤在一起。

目錄

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目 錄
部分 電 路 設 計
章 引言2
1.1 關於VHDL2
1.2 設計流程2
1.3 EDA工具3
1.4 從VHDL代碼到電路的轉化4
1.5 設計實例6
第2章 VHDL代碼結構9
2.1 VHDL代碼基本單元9
2.2 庫聲明10
2.3 實體11
2.4 構造體12
2.5 例題13
2.6 習題16
第3章 數據類型19
3.1 預定義的數據類型19
3.2 用戶定義的數據類型22
3.3 子類型23
3.4 數組24
3.5 端口數組26
3.6 記錄類型27
3.7 有符號數和無符號數28
3.8 數據類型轉換29
3.9 小結30
3.10 例題31
3.11 習題35
第4章 運算操作符和屬性37
4.1 運算操作符37
4.2 屬性40
4.3 用戶自定義屬性42
4.4 操作符擴展43
4.5 通用屬性語句43
4.6 設計實例44
4.7 小結48
4.8 習題49
第5章 並發代碼51
5.1 並發執行和順序執行51
5.2 使用運算操作符53
5.3 WHEN語句54
5.4 GENERATE語句63
5.5 塊語句65
5.6 習題68
第6章 順序代碼72
6.1 進程72
6.2 信號和變量74
6.3 IF語句74
6.4 WAIT語句78
6.5 CASE語句80
6.6 LOOP語句84
6.7 CASE語句和IF語句的比較91
6.8 CASE語句和WHEN語句的比較91
6.9 同步時序電路中的時鍾問題92
6.10 使用順序代碼設計組閤邏輯電路96
6.11 習題98
第7章 信號和變量103
7.1 常量103
7.2 信號103
7.3 變量105
7.4 信號和變量的比較106
7.5 寄存器的數量112
7.6 習題121
第8章 狀態機128
8.1 引言128
8.2 設計風格#1129
8.3 設計風格#2136
8.4 狀態機編碼風格：二進製編碼和獨熱編碼149
8.5 習題150
第9章 典型電路設計分析153
9.1 桶形移位寄存器153
9.2 有符號數比較器和無符號數比較器156
9.3 逐級進位和超前進位加法器159
9.4 定點除法162
9.5 自動售貨機控製器166
9.6 串行數據接收器171
9.7 並/串變換器173
9.8 一個7段顯示器的應用例題175
9.9 信號發生器178
9.10 存儲器設計181
9.11 習題186
第二部分 係 統 設 計
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參數的映射202
10.6 習題208

1章 函數和過程209
11.1 函數209
11.2 函數的存放211
11.3 過程219
11.4 過程的存放221
11.5 函數與過程小結224
11.6 斷言語句224
11.7 習題224
2章 係統設計實例分析226
12.1 串-並型乘法器226
12.2 並行乘法器230
12.3 乘-纍加電路235
12.4 數字濾波器238
12.5 神經網絡243
12.6 習題249
附錄A 可編程邏輯器件251
附錄B Xilinx ISE和ModelSim使用指南259
附錄C Altera MaxPlus II和Advanced Synthesis Software使用指南267
附錄D Altera Quartus II使用指南277
VHDL保留字285
參考文獻286

作者介紹

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文摘

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序言

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探索數字世界的基石：VHDL與現代集成電路設計 在當今科技飛速發展的時代，數字電路無處不在，它們構成瞭我們賴以生存的電子設備的核心。從智能手機到高性能計算機，從汽車電子到醫療儀器，數字電路的設計和實現能力已成為衡量一個國傢科技實力的重要指標。而VHDL，作為一種強大的硬件描述語言，正是開啓數字電路設計之門的金鑰匙。 本書並非僅僅是關於VHDL語法和實現的簡單羅列，而是深入探究VHDL在實際數字電路設計中所扮演的關鍵角色，以及如何利用它來構建復雜、高效且可靠的數字係統。我們將帶領讀者穿越由邏輯門、觸發器、寄存器和狀態機組成的數字世界，理解它們如何協同工作，最終實現令人驚嘆的功能。 第一篇：數字邏輯基礎與VHDL入門 在深入VHDL的世界之前，對數字邏輯的基礎知識進行迴顧和鞏固是必不可少的。本篇將從最基本的邏輯門（AND, OR, NOT, XOR等）開始，逐步引入組閤邏輯電路（如加法器、多路選擇器、譯碼器）和時序邏輯電路（如觸發器、計數器、移位寄存器）。我們將詳細闡述這些基本構建模塊的設計原理和工作方式，並解釋它們在數字係統中為何如此重要。 隨後，我們將正式介紹VHDL。VHDL（VHSIC Hardware Description Language）不僅僅是一種編程語言，更是一種描述硬件行為和結構的強大工具。我們將從VHDL的基本語法入手，包括實體（Entity）、架構（Architecture）、端口（Port）和信號（Signal）等核心概念。讀者將學習如何使用VHDL來描述硬件的輸入輸齣接口，以及內部邏輯的功能。 我們還將介紹VHDL中的幾種主要的描述方式：行為級描述、數據流級描述和結構級描述。行為級描述側重於描述電路的功能和行為，如同編寫程序一樣；數據流級描述則關注信號之間的邏輯關係和數據流動；結構級描述則更加貼近硬件實現，通過實例化和連接更小的模塊來構建大型係統。理解這幾種描述方式的差異和適用場景，將幫助讀者更靈活地運用VHDL解決實際問題。 此外，本篇還將涵蓋VHDL中的常用語句，如信號賦值語句、進程（Process）語句、條件語句（IF-THEN-ELSE, CASE）和循環語句（FOR, WHILE）。這些語句構成瞭VHDL描述的核心，掌握它們是進行復雜邏輯設計的關鍵。我們將通過大量簡單而典型的例子，例如LED閃爍、數碼管顯示等，讓讀者在實踐中理解VHDL的語法和應用。 第二篇：組閤邏輯與時序邏輯電路的VHDL設計 在掌握瞭VHDL的基礎語法後，本篇將專注於如何使用VHDL來設計和實現常見的組閤邏輯電路和時序邏輯電路。 對於組閤邏輯電路，我們將詳細講解如何用VHDL設計加法器（半加器、全加器、多位加法器）、減法器、乘法器、比較器、譯碼器、編碼器、多路選擇器和解復用器等。我們將深入分析這些電路的設計思路，並提供相應的VHDL代碼實現。例如，在設計加法器時，我們將展示如何從最基本的邏輯門級描述，到更為高效的數據流級描述，以及如何處理進位和溢齣問題。 時序邏輯電路是數字電路設計中更為復雜的部分，它們依賴於時鍾信號來同步操作。本篇將重點介紹觸發器（D觸發器、JK觸發器、SR觸發器、T觸發器）的設計，以及基於觸發器構建的寄存器、移位寄存器和計數器。我們將詳細闡述狀態機（Finite State Machine, FSM）的設計方法，包括Mealy型和Moore型狀態機的區彆，以及如何用VHDL清晰地描述狀態轉移和輸齣邏輯。狀態機是實現復雜控製邏輯的核心，例如交通燈控製器、序列檢測器等。 在設計過程中，我們還將強調仿真（Simulation）和綜閤（Synthesis）的重要性。仿真允許我們在硬件實現之前驗證VHDL代碼的正確性，找齣邏輯錯誤。綜閤則是將VHDL代碼轉化為實際的硬件電路網錶的過程，這是FPGA和ASIC設計流程的關鍵一步。我們將介紹如何使用主流的EDA（Electronic Design Automation）工具進行仿真和綜閤，並解釋不同描述方式對綜閤結果的影響。 第三篇：高級VHDL設計技術與項目實踐 本篇將進一步拓展讀者的VHDL設計視野，介紹一些更高級的設計技術，並引導讀者進行實際項目的設計與實現。 我們將深入探討VHDL中的並發（Concurrency）和順序（Sequential）執行模型。理解進程（Process）的敏感性列錶（Sensitivity List）以及如何在並發環境中管理信號的更新，對於編寫高效且無競爭的VHDL代碼至關重要。 此外，本篇還將介紹如何使用VHDL實現存儲器（Memory）的設計，包括RAM（Random Access Memory）和ROM（Read-Only Memory）等。我們將講解如何描述存儲器的讀寫操作，以及如何實例化預定義的存儲器IP核。 函數的（Function）和過程（Procedure）是VHDL中用於代碼復用和模塊化的重要機製。我們將詳細介紹它們的定義和調用方式，以及如何利用它們來簡化設計，提高代碼的可讀性和可維護性。 為瞭鞏固所學知識，本篇將包含一係列循序漸進的項目實踐。從簡單的數字時鍾、計算器，到稍復雜的交通燈控製器、數據采集係統，再到更具挑戰性的FPGA開發闆上的實例，如SPI通信接口、I2C通信接口等。每一個項目都將從需求分析、模塊劃分、VHDL代碼編寫、仿真驗證到最終的下載到FPGA闆上運行，完整地展示一個數字電路設計的全過程。 在項目實踐中，我們將特彆強調代碼的規範性、可讀性和可維護性。良好的代碼風格不僅有助於團隊協作，也能在未來的維護和修改中節省大量時間和精力。 第四篇：FPGA與ASIC設計流程簡介 作為數字電路設計的最終載體，FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）是VHDL應用的兩大主要領域。本篇將為讀者簡要介紹這兩種技術的背景、特點以及與VHDL設計的關係。 我們將解釋FPGA是如何通過配置內部的邏輯單元和互連綫來實現任意數字邏輯功能的。讀者將瞭解到FPGA開發闆的組成，以及如何使用EDA工具將VHDL設計編譯、映射並下載到FPGA中。 對於ASIC設計，我們將簡要介紹其流程，包括邏輯綜閤、物理設計（布局布綫）以及最終的芯片製造。我們將討論VHDL在ASIC設計流程中的作用，以及與FPGA設計在某些方麵存在的差異。 最後，本篇還將展望VHDL在未來數字電路設計中的發展趨勢，例如對更高層次抽象的需求、對低功耗設計的關注以及與新興技術（如人工智能、物聯網）的結閤。 結語 掌握VHDL不僅僅是掌握一門語言，更是掌握瞭一種解決問題的思維方式，一種將抽象概念轉化為實際硬件的能力。本書旨在為讀者打下堅實的VHDL設計基礎，並提供豐富的實踐經驗，使讀者能夠自信地參與到各種數字電路的設計與開發中。無論您是電子工程專業的學生，還是希望進入數字設計領域的初學者，亦或是尋求提升技能的專業人士，本書都將是您通往數字世界精彩旅程的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本書的翻譯質量是讓我非常驚喜的一個方麵。作為一本引進的外國教材，我們都知道翻譯質量往往是影響閱讀體驗的“地雷區”。然而，這本譯本處理得非常到位，專業術語的選用準確且統一，保持瞭電子工程領域的嚴謹性。更重要的是，譯者顯然對VHDL和數字電路設計領域有深入的理解，他們在處理那些源於英語的特定錶達方式時，沒有采用生硬的直譯，而是選擇瞭最符閤中文技術語境的錶達方式，使得閱讀過程非常流暢自然，絲毫沒有“翻譯腔”帶來的閱讀障礙。很多技術書籍的譯本讀起來拗口，需要讀者在腦海中進行二次轉換，但這本書幾乎沒有這個問題，我可以專注於理解內容本身，而不是糾結於語句結構。這錶明齣版社在引進和編輯環節上投入瞭巨大的精力和專業性，使得這本書能夠真正地跨越語言障礙，將原著的精髓毫無損耗地傳遞給國內的讀者。

評分☆☆☆☆☆

我特彆關注瞭書中關於高級設計技巧和項目實踐的部分，這部分內容可以說是這本書區彆於普通入門教材的關鍵所在。作者沒有停留在基礎的AND/OR/NOT門級仿真層麵，而是深入探討瞭如何進行綜閤（Synthesis）優化，以及如何理解和應對時序約束（Timing Constraints）帶來的挑戰。書中對於係統級設計（System-level design）的介紹也頗有見地，它不僅僅是教你如何寫齣能跑的VHDL代碼，更重要的是教會你如何寫齣“高效的”、“可綜閤的”代碼，這纔是真正步入專業領域所需要的核心能力。我記得有一章專門講解瞭流水綫（Pipelining）技術的應用實例，分析得非常透徹，從增加吞吐量到處理數據依賴性的各種權衡，作者的分析角度非常務實，完全是基於實際芯片設計流程來展開的，這讓書中的知識點立馬“活”瞭起來，不再是書本上的死知識，而是可以立刻應用到實際FPGA項目中的寶貴經驗。

評分☆☆☆☆☆

這本封麵設計得相當樸實，一看就知道是那種腳踏實地做內容的教材，而不是那種花裏鬍哨、徒有其錶的“網紅”書籍。剛拿到手的時候，我就迫不及待地翻閱瞭目錄，發現它對數字電路設計的基礎概念講解得非常係統和深入。特彆是對於初學者而言，它並沒有急於展示那些復雜的代碼實現，而是花瞭大量的篇幅來打牢理論基礎，這一點我非常欣賞。比如，書中對時序邏輯和組閤邏輯的區分、狀態機的建模方法，講解得層層遞進，邏輯清晰。我記得以前看其他教材時，很多地方總是需要反復琢磨纔能理解，但這本書的作者似乎非常懂得讀者的思維定勢和知識盲區，總能在關鍵點上給齣恰到好處的類比和圖示來輔助理解。例如，在介紹鎖存器和觸發器的工作原理時，那些時序圖的繪製和解釋，簡直是教科書級彆的清晰度。整體感覺就是，這本書是那種能讓你從“知其然而不知其所以然”的狀態，一步步邁嚮“融會貫通”的得力助手。它更像一位經驗豐富、耐心細緻的導師，而不是冷冰冰的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量齣乎意料地好，對於一本技術類的專業書籍來說，這絕對是一個加分項。紙張的厚度適中，即便是長時間閱讀，也不會覺得眼睛特彆疲勞，而且墨水和字體的選擇也顯得非常專業和嚴謹。更值得稱贊的是，書中大量的硬件描述語言（HDL）代碼示例，排版得井井有條，縮進和注釋的規範性極高，這對於我們這些需要經常對照代碼理解邏輯流程的讀者來說，簡直是福音。我發現，很多國內引進的教材在代碼格式上常常有些混亂，但這本書似乎在翻譯和排版時就對這一點進行瞭嚴格把控，使得那些復雜的並行結構和並發語句看起來清晰明瞭，極大地降低瞭閱讀代碼時的認知負荷。而且，不同章節之間的過渡非常自然，它不像一些書籍那樣，突然間就拋齣一個高難度的項目，而是通過一係列循序漸進的小練習，逐步引導讀者掌握核心技術點，這種“搭積木式”的學習路徑，讓整個學習過程充滿瞭成就感，讓人感覺學習數字設計並沒有想象中那麼枯燥和遙不可及。

評分☆☆☆☆☆

從一個使用者的角度來看，這本書最大的價值在於其提供的“思維框架”，而不僅僅是語法手冊。很多時候，我們學習一種語言，比如VHDL，隻是記住瞭關鍵字和結構，但一旦遇到沒有現成例子的復雜問題，就會感到束手無策。這本書的厲害之處在於，它似乎在無形中塑造瞭一種結構化的設計思維：遇到需求時，如何抽象模型，如何分解功能模塊，如何在不同的抽象層次（行為級、寄存器傳輸級）之間進行切換和驗證。書中對“自上而下”和“自下而上”兩種設計方法的對比分析，以及何時采用哪種方法的指導，對我啓發很大。它教會我，設計一個復雜的數字係統，關鍵不在於你堆砌瞭多少復雜的代碼，而在於你構建的模塊劃分是否閤理，接口定義是否清晰。這種設計哲學的傳授，遠比單純的代碼示例更有價值，它能幫助讀者建立起麵對未來任何新穎設計任務時，都能保持清晰思路的內在驅動力。