數字電路的FPGA設計與實現(基礎篇) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉嵐著 著

圖書標籤:

• FPGA
• 數字電路
• Verilog
• VHDL
• 可編程邏輯器件
• 硬件設計
• 電子工程
• 數字係統設計
• 基礎教程
• 實踐應用

店鋪： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111435242

商品編碼：29692990131

包裝：平裝

齣版時間：2015-01-01

基本信息

書名：數字電路的FPGA設計與實現(基礎篇)

定價：29.0元

作者：劉嵐著

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2015-01-01

ISBN：9787111435242

字數：292

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書較係統地介紹瞭基礎數字電路的FPGA設計與實現過程，提供瞭較為豐富的FPGA的實驗例程和設計例程，讓學習者通過實驗和設計更加深入地瞭解基礎數字電路的工作原理，並且逐步掌握FPGA的設計與應用技術。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一個紮實且全麵的數字電路設計與FPGA實現入門基礎。我們深入淺齣地講解數字電路的核心概念，並係統性地介紹如何利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）這一強大的可編程邏輯器件，將理論電路轉化為實際可工作的硬件係統。本書側重於概念的理解、方法的掌握以及實踐能力的培養，適閤初學者、希望係統學習FPGA設計的電子工程專業學生、嵌入式係統工程師以及對數字硬件設計感興趣的廣大技術愛好者。 第一部分：數字電路基礎 本部分將為讀者打下堅實的數字電路理論基礎，為後續的FPGA設計做好鋪墊。 第二章：數製與編碼 數製轉換： 詳細介紹二進製、十進製、八進製、十六進製之間的相互轉換方法，並通過實例加深理解。 編碼： 闡述常見的編碼方式，如BCD碼、格雷碼、ASCII碼等，並分析它們在數字係統中的應用場景。 第三章：邏輯門與邏輯代數 基本邏輯門： 深入講解與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門的功能、符號、真值錶和時序特性。 邏輯代數基本定理與定律： 學習布爾代數的基本運算規則、定理（如德摩根定律、分配律、結閤律等）和公式，掌握邏輯化簡的技巧。 邏輯函數的錶示方法： 介紹真值錶、邏輯圖、邏輯錶達式等錶示方式，以及它們之間的轉換。 卡諾圖化簡法： 教授如何使用卡諾圖（Karnaugh Map）對復雜邏輯函數進行最簡邏輯錶達式的推導，這是數字電路設計中的關鍵技能。 第四章：組閤邏輯電路 組閤邏輯電路的特點： 理解組閤邏輯電路的輸齣僅取決於當前輸入，不受曆史狀態影響的特性。 典型組閤邏輯電路： 編碼器與譯碼器： 詳細講解多對一的編碼器（如優先編碼器）和一對多的譯碼器（如74LS138），分析其工作原理和應用（如地址譯碼）。 數據選擇器（Multiplexer, MUX）： 闡述數據選擇器的功能，掌握其構成方式和應用（如實現邏輯函數、數據路由）。 加法器與減法器： 講解半加器、全加器、超前進位加法器等，實現基本的算術運算功能。 比較器： 實現兩個二進製數的大小、相等比較。 組閤邏輯電路的設計流程： 從需求分析、功能描述、真值錶建立、邏輯錶達式推導、邏輯化簡到最終的電路圖設計。 第五章：時序邏輯電路 時序邏輯電路的特點： 理解時序邏輯電路的輸齣不僅取決於當前輸入，還與電路的狀態（即過去的輸入曆史）有關。 觸發器（Flip-Flop）： 基本觸發器： SR觸發器（Set-Reset）、D觸發器（Delay）、JK觸發器、T觸發器（Toggle）的設計與工作原理，包括電平觸發和邊沿觸發。 主從觸發器與邊沿觸發觸發器： 深入分析它們的工作機製，理解如何避免競爭-冒險現象。 寄存器（Register）： 講解寄存器作為一組觸發器的組閤，用於存儲多個數據位。 移位寄存器（Shift Register）： 介紹其工作原理，包括串入串齣（SISO）、串入並齣（SIPO）、並入串齣（PISO）、並入並齣（PIPO）等類型，以及其在數據傳輸和處理中的應用。 計數器（Counter）： 異步計數器（行波計數器）： 分析其工作方式，瞭解其缺點。 同步計數器（並行計數器）： 講解其設計方法，包括行波進位計數器和全並行進位計數器，以及如何設計任意模計數器（模N計數器）。 可逆計數器： 實現加法和減法計數。 時序邏輯電路的設計流程： 狀態圖（State Diagram）和狀態錶（State Table）的繪製，狀態分配，觸發器激勵錶，觸發器類型選擇，電路圖繪製。 第二部分：FPGA設計基礎 本部分將帶領讀者進入FPGA的世界，學習如何利用硬件描述語言（HDL）和相關工具進行FPGA的設計與實現。 第六章：FPGA入門 FPGA概述： 詳細介紹FPGA（Field-Programmable Gate Array）的定義、工作原理、結構組成（如LUTs, CLBs, BRAMs, DSP Slices, I/O Blocks）。 FPGA的優勢與應用： 分析FPGA相較於ASIC和微處理器等方案的優勢（如靈活性、並行處理能力、開發周期短），並列舉其在通信、工業控製、航空航天、人工智能等領域的廣泛應用。 FPGA開發流程： 介紹從需求分析、RTL設計、仿真驗證、綜閤、實現（布局布綫）到硬件下載與調試的完整流程。 開發工具簡介： 簡要介紹主流FPGA廠商（如Xilinx, Intel/Altera）及其配套的開發軟件（如Vivado, Quartus Prime）。 第七章：Verilog HDL基礎 硬件描述語言（HDL）的引入： 解釋HDL在數字係統設計中的重要性，以及Verilog和VHDL的對比。 Verilog HDL基本語法： 模塊（Module）： 學習如何定義模塊，包括端口聲明（input, output, inout）。 數據類型： 講解reg, wire, integer等數據類型，以及它們的區彆和使用場景。 賦值語句： 學習阻塞賦值（=）和非阻塞賦值（<=）的區彆，以及它們在組閤邏輯和時序邏輯中的應用。 運算符： 掌握算術運算符、邏輯運算符、關係運算符、位運算符、條件運算符等。 行為級描述： 學習使用`always`塊來描述時序和組閤邏輯，包括`always @()`（組閤邏輯）和`always @(posedge clk)`（時序邏輯）。 實例化（Instantiation）： 學習如何在模塊中實例化其他模塊，實現層次化設計。 參數化（Parameter）： 掌握如何使用`parameter`關鍵字使模塊具有通用性。 第八章：Verilog HDL進階與設計實例 組閤邏輯電路的Verilog實現： 數據選擇器（MUX）： 使用`assign`語句和`case`語句實現多路選擇器。 加法器/減法器： 實現不同位寬的加法器和減法器。 編碼器/譯碼器： 實現優先編碼器和通用譯碼器。 時序邏輯電路的Verilog實現： 觸發器： 使用`always @(posedge clk)`塊實現D觸發器、JK觸發器等。 寄存器： 學習如何構建寄存器組。 移位寄存器： 實現各種類型的移位寄存器。 計數器： 實現同步加法計數器、減法計數器、可逆計數器以及任意模計數器。 狀態機（Finite State Machine, FSM）設計： 有限狀態機的概念： 介紹Mealy型和Moore型狀態機的區彆。 狀態機的Verilog實現： 采用三段式（狀態寄存器、組閤邏輯、輸齣邏輯）或兩段式（組閤邏輯、狀態寄存器）描述方式，通過`always`塊和`case`語句實現狀態機的邏輯。 實例： 設計一個簡單的交通燈控製器或序列檢測器。 第九章：FPGA綜閤與仿真 邏輯綜閤（Synthesis）： 綜閤的概念： 解釋綜閤是將RTL代碼轉換為門級網錶的過程。 綜閤工具的使用： 介紹如何配置綜閤工具，以及綜閤報告的解讀（如資源利用率、時序約束）。 代碼風格對綜閤的影響： 強調編寫可綜閤代碼的重要性，避免使用不可綜閤的語句（如延時語句`delay`）。 仿真（Simulation）： 仿真器簡介： 介紹仿真器在驗證設計正確性中的作用。 測試平颱（Testbench）設計： 學習如何編寫Verilog測試平颱，為待測模塊（DUT, Device Under Test）提供激勵信號，並檢查輸齣結果。 激勵信號生成： 學習如何産生時鍾、復位信號以及數據輸入信號。 波形查看與調試： 講解如何使用仿真器提供的波形工具來分析信號變化，查找設計中的錯誤。 第十章：FPGA實現與硬件調試 實現（Implementation）： 布局（Place）與布綫（Route）： 介紹FPGA實現過程中的這兩個關鍵步驟，以及它們對性能和功耗的影響。 時序約束（Timing Constraints）： 學習如何設置時序約束（如時鍾周期、輸入輸齣延遲），以指導工具完成時序收斂。 時序報告解讀： 分析時序報告，理解關鍵路徑、建立時間（Setup Time）和保持時間（Hold Time）違例。 比特流生成與下載： 講解如何生成FPGA的配置文件（比特流），以及如何將其下載到FPGA開發闆上。 硬件調試（Hardware Debugging）： ILA（Integrated Logic Analyzer）/ ChipScope/ SignalTap： 介紹FPGA自帶的邏輯分析工具，如何在硬件中觀察內部信號。 JTAG接口： 簡單提及JTAG在硬件調試中的作用。 常見硬件問題排查： 提供一些排查硬件問題的思路和方法。 附錄： 附錄A：常用FPGA開發闆簡介 附錄B：Verilog HDL常用關鍵字速查錶 附錄C：數字電路設計中的常見陷阱與注意事項 本書通過理論與實踐相結閤的方式，引導讀者逐步掌握數字電路的基本原理以及FPGA的設計流程。我們力求內容的準確性、條理性和實用性，希望本書能成為讀者在數字電路和FPGA設計道路上的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本書在實例的選取和代碼的規範性方麵，做得堪稱業界標杆。我對比瞭好幾本同類書籍，這本書的配套代碼工程結構是最為清晰和模塊化的。所有的Verilog/VHDL代碼都嚴格遵守瞭標準的編碼風格指南，注釋詳盡且恰到好處，既沒有過度冗餘，也沒有敷衍瞭事。更值得稱贊的是，它提供的每一個設計案例，無論是基礎的加法器還是稍復雜的有限狀態機（FSM），都配有詳盡的仿真波形截圖和分析，甚至連仿真工具的設置流程都做瞭細緻的圖文說明。這對於我們這些習慣於“邊學邊做”的實踐型讀者來說，是無價之寶。我可以直接按照書中的步驟搭建環境、運行代碼，並能清晰地看到自己的設計是如何在仿真環境中工作的，這種即時反饋機製，極大地加速瞭我的學習進程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計實在是令人眼前一亮，從封麵到內頁的排版，都透露齣一種精心打磨的專業感。那種沉穩的藍色調和清晰的字體選擇，讓我在書店裏一眼就被它吸引住瞭。拿在手裏，分量十足，紙張的質感也非常好，印刷色彩準確，圖錶的清晰度極高，這對於需要反復研讀技術細節的讀者來說，簡直是福音。我特彆喜歡它在章節過渡頁上的設計，簡潔而不失美感，有助於閱讀的節奏感。而且，它的目錄結構設計得非常邏輯化，從宏觀的概念到具體的實例，層次分明，讓人對全書的內容脈絡一目瞭然，這在眾多技術書籍中是難得的優點。翻閱起來非常順暢，沒有那種廉價技術手冊的粗糙感，每次拿起它，都感覺是在接觸一本高質量的工具書。這種對細節的極緻追求，無疑為接下來的學習旅程打下瞭堅實的基礎，讓人對手冊內容本身的專業度也抱有瞭更高的期待。

評分☆☆☆☆☆

從專業深度的角度來看，這本書的理論基礎非常紮實，絕非流於錶麵的“操作手冊”。它在講解FPGA架構時，花費瞭大量的篇幅來剖析查找錶（LUT）、觸發器（FF）以及布綫資源的底層物理實現原理。這種對“為什麼”的深入探討，而非僅僅停留在“怎麼做”的層麵，是區分優秀教材和普通參考書的關鍵。我注意到，作者在介紹綜閤與映射過程時，清晰地闡述瞭時序約束（Timing Constraints）對最終硬件性能的影響，並且用圖示解釋瞭關鍵路徑的分析方法。這使得讀者在後續進行復雜項目設計時，能夠從更底層的硬件資源角度去優化代碼，而不是僅僅依賴EDA工具的默認設置。這種對硬件底層邏輯的透徹理解，對於希望成為資深數字工程師的讀者而言，是至關重要的知識積纍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和可讀性設計，體現瞭極強的用戶友好性。許多技術書籍往往為瞭塞入更多內容，而犧牲瞭版麵的呼吸感，導緻閱讀疲勞。然而，這本書在處理復雜公式和代碼塊時，使用瞭恰當的留白和不同層次的字體粗細變化，使得技術信息的層級非常清晰。我尤其欣賞它在關鍵術語的首次齣現時，總是用粗體或斜體進行強調，這對於快速檢索信息和構建術語記憶庫非常有幫助。此外，它的索引部分做得非常詳盡，幾乎可以媲美一本字典的專業程度，查找特定的概念或引用的章節變得異常高效。整體閱讀下來，感覺就像是有一位經驗豐富的工程師在身邊，耐心地、一步一步地引導你構建起整個數字設計的知識體係，全程體驗非常流暢和愉悅。

評分☆☆☆☆☆

初讀這本書的緒論部分，我就被作者那種深入淺齣的敘事風格深深吸引住瞭。它並沒有直接拋齣晦澀難懂的專業術語，而是從一個非常生活化的角度切入，解釋瞭數字係統和硬件描述語言（HDL）的必要性，仿佛在講述一個引人入勝的故事。作者似乎深諳初學者的心理睏境，總能在關鍵的概念點設置“小貼士”或者“常見誤區”的提示框，這些設計極大地降低瞭我的理解門檻。舉例來說，在講解時序邏輯電路基礎時，它沒有直接使用復雜的布爾代數推導，而是通過一個簡短的動畫場景模擬，讓那個“鎖存器”的工作原理變得活靈活現。這種教學方法的創新性，使得那些原本枯燥的理論知識，變得觸手可及，極大地激發瞭我繼續深入探索下去的動力。它展現的不僅僅是知識的傳授，更是一種啓發思維、引導探索的學習態度。