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： 博學精華圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111435242

商品編碼：29702978959

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

售價：19.7元,便宜9.3元,摺扣67

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

內容提要

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

作者介紹

文摘

序言

《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》是一本麵嚮初學者，深入淺齣講解數字電路設計基礎以及如何利用FPGA（現場可編程門陣列）將其高效實現的專業教材。本書旨在為讀者打下堅實的理論基礎，並引導他們逐步掌握FPGA設計的實踐技巧，最終能夠獨立完成中小型數字電路項目的開發。 本書內容涵蓋以下核心闆塊： 第一部分：數字電路基礎理論迴顧與FPGA環境搭建 在深入FPGA設計之前，紮實的數字電路基礎是必不可少的。本部分將對數字電路的基石——組閤邏輯和時序邏輯進行係統迴顧。 數字電路基礎迴顧： 數製與編碼： 介紹二進製、十進製、十六進製等常用數製，以及BCD碼、格雷碼、ASCII碼等各類編碼方式，強調它們在數字係統中的應用。 邏輯門與邏輯代數： 詳細講解與門、或門、非門、異或門、同或門、與非門、或非門等基本邏輯門的功能，並引入布爾代數定律，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等。通過這些定律，我們將學會如何化簡復雜的邏輯錶達式，這是優化電路性能的關鍵。 組閤邏輯電路： 深入分析各類組閤邏輯電路的設計方法。包括： 編碼器與譯碼器： 講解多對一的編碼器（如二進製編碼器）和一對多（或多對一）的譯碼器（如BCD轉七段數碼管譯碼器）的工作原理和應用。 多路選擇器（MUX）與分路選擇器（DEMUX）： 介紹其選擇和分配數據的核心功能，並展示如何在復雜係統中用於信號路由。 加法器與減法器： 從半加器、全加器開始，逐步講解行波進位加法器、超前進位加法器等不同類型的算術電路，為後續數據處理打下基礎。 比較器： 實現兩個二進製數的大小比較功能。 邏輯函數的實現： 講解如何利用邏輯門或查找錶（LUT）實現任意邏輯函數。 時序邏輯電路： 重點講解包含記憶功能的電路。 觸發器（Flip-Flops）： 詳細介紹SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器等基本觸發器的構成、狀態轉移特性和時鍾同步要求。 寄存器（Registers）： 講解由觸發器組成的寄存器，用於存儲數據，並介紹移位寄存器和並行加載寄存器的應用。 計數器（Counters）： 區分同步計數器和異步計數器，深入分析二進製計數器、十進製計數器（BCD計數器）、移位寄存器計數器（Johnson計數器、環形計數器）的設計和工作原理，以及其在分頻、定時等方麵的應用。 有限狀態機（FSM）： 引入Mealy型和Moore型有限狀態機的概念，講解狀態轉移圖、狀態錶的設計方法，以及如何將其映射到觸發器和組閤邏輯，用於實現序列信號的生成和控製。 FPGA開發環境搭建與基礎概念： FPGA概述： 簡要介紹FPGA的定義、發展曆程、基本結構（LUT、DFF、布綫資源、I/O Block等）及其與ASIC（專用集成電路）和CPLD（復雜可編程邏輯器件）的比較。 常用FPGA開發軟件： 以主流的FPGA廠商（如Xilinx或Intel/Altera）的開發套件為例，介紹其開發流程，包括項目創建、代碼編寫、綜閤、布局布綫、時序分析和下載。 Quartus Prime / Vivado 軟件入門： 詳細指導讀者如何安裝和使用開發軟件，講解軟件界麵、常用工具欄、項目管理、IP核集成等基本操作。 硬件描述語言（HDL）基礎（Verilog/VHDL）： 引入兩種主流的HDL。 Verilog基礎： 講解Verilog的基本語法，包括模塊（module）、端口（port）、數據類型（reg, wire）、賦值語句（assign, always）、運算符、邏輯門原語、實例化等，通過簡單示例展示如何用Verilog描述組閤邏輯和時序邏輯。 VHDL基礎（可選或作為補充）： 簡要介紹VHDL的語法結構，包括實體（entity）、結構（architecture）、端口（port）、信號（signal）、變量（variable）、進程（process）、賦值語句等，使讀者對兩種語言有初步認識。 FPGA開發流程概覽： 詳細講解從需求分析到最終硬件實現的整個流程，包括RTL（Register Transfer Level）設計、行為級仿真、綜閤、適配、靜態時序分析（STA）、下載與硬件調試。 第二部分：基於FPGA的數字電路設計實踐 本部分將理論與實踐相結閤，通過具體的項目案例，引導讀者將所學的數字電路知識和HDL語言轉化為實際的FPGA設計。 Verilog/VHDL設計入門： 組閤邏輯設計實例： 多功能加法器設計： 利用Verilog/VHDL設計一個可選擇加法、減法、比較等操作的ALU（Arithmetic Logic Unit）。 BCD轉七段數碼管顯示控製器： 設計一個控製器，將BCD碼轉換為驅動七段數碼管顯示的段碼信號。 簡單的狀態機設計： 設計一個簡單的交通燈控製器，用狀態機來控製不同顔色的燈的亮滅順序。 時序邏輯設計實例： 簡單計數器設計： 從零開始，設計一個可置位、置零、使能、預置值的同步二進製計數器。 移位寄存器應用： 設計一個數據串行化/並行化模塊，用於接口通信。 序列發生器設計： 設計一個能夠輸齣特定二進製序列的模塊，用於測試或控製。 同步與異步復位： 深入探討同步復位和異步復位在時序邏輯設計中的區彆、優缺點及其在FPGA設計中的推薦用法。 時鍾域處理基礎： 簡要介紹多時鍾域問題，以及基本的時鍾域交叉處理方法（如握手信號）。 FPGA設計綜閤與仿真： RTL仿真： 講解如何在仿真環境中驗證HDL代碼的正確性，包括測試平颱的編寫、仿真波形分析、覆蓋率檢查等。 邏輯綜閤： 解釋綜閤的目標是將HDL代碼映射到FPGA的邏輯資源，以及如何通過約束文件（如SDC）指導綜閤過程，優化麵積、速度和功耗。 靜態時序分析（STA）： 強調STA在FPGA設計中的重要性，講解時序約束（時鍾周期、輸入/輸齣延遲等），以及如何分析和解決時序違例問題（如建立時間、保持時間）。 FPGA實現與調試： 布局與布綫（Place & Route）： 介紹FPGA內部物理實現的流程，以及其對性能的影響。 下載與硬件調試： 指導讀者如何將設計下載到FPGA開發闆，並使用片上邏輯分析儀（ILA）或邏輯分析儀對實際硬件進行調試，定位和解決問題。 IP核的使用： 講解如何利用FPGA廠商提供的IP核（如DDR控製器、UART控製器、DSP模塊等）來加速開發過程。 簡單係統集成： LED閃爍與按鍵輸入： 設計一個基本的LED閃爍程序，並集成按鍵輸入，實現對閃爍頻率的控製。 UART通信接口： 設計一個簡單的UART發送和接收模塊，實現與PC的串行通信，用於數據傳輸和調試信息輸齣。 SPI/I2C接口基礎（選講）： 介紹SPI和I2C總綫協議，並展示如何設計簡單的控製器與外設通信。 第三部分：進階概念與項目開發指導 在掌握瞭基礎設計方法後，本部分將引入一些更高級的概念，並為讀者未來的項目開發提供指導。 狀態機的高級應用： 狀態編碼優化： 介紹格雷碼編碼、二進製編碼等不同狀態編碼方式對麵積和速度的影響。 復雜狀態機設計： 講解如何設計更復雜的FSM，如握手協議、通信協議解析等。 流水綫（Pipelining）技術： 解釋流水綫如何通過增加深度來提高吞吐量，並舉例說明在數據通路中的應用。 模塊化設計與層次化結構： 強調良好的代碼組織和模塊劃分對於大型項目的重要性。 異步FIFO與同步FIFO： 講解兩種常用的緩衝器設計，以及它們在不同時鍾域數據傳輸中的應用。 信號完整性基礎： 簡要介紹FPGA設計中可能齣現的信號完整性問題，如串擾、反射等，以及一些基本的緩解措施。 低功耗設計入門： 介紹一些FPGA低功耗設計的基本思想和技術。 小型綜閤項目設計： 簡單的數字時鍾設計： 集成計數器、顯示驅動等模塊，實現一個顯示時間功能的數字時鍾。 簡易數據采集與處理係統： 結閤ADC（如果開發闆支持）或模擬輸入，設計一個采集模擬信號並進行簡單處理（如平均值計算）的係統。 遊戲機或控製器原型： 基於FPGA，設計一個簡單的遊戲控製器，例如貪吃蛇、打磚塊等遊戲的邏輯部分。 本書的特色： 循序漸進： 從最基礎的數字電路概念講起，逐步深入到FPGA設計和實現，適閤完全沒有FPGA設計經驗的初學者。 理論與實踐緊密結閤： 大量穿插具體的Verilog/VHDL設計實例和項目，讓讀者在學習理論的同時，能夠立即動手實踐。 強調調試能力： 詳細介紹仿真和硬件調試的方法，幫助讀者剋服設計中的難點。 注重工程實踐： 引導讀者理解FPGA開發的全流程，培養良好的設計習慣。 內容詳實，覆蓋全麵： 覆蓋瞭FPGA基礎設計所需的核心知識點，為讀者進一步深入學習打下堅實基礎。 通過閱讀《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》，讀者將能夠： 透徹理解數字電路的工作原理。 熟練掌握使用Verilog/VHDL進行數字電路描述。 掌握FPGA開發軟件的使用和基本流程。 能夠獨立完成中小型FPGA設計項目。 具備解決FPGA設計中常見問題的能力。 為後續學習更高級的FPGA設計技術（如SoPC、高性能計算、嵌入式係統集成等）奠定堅實基礎。 本書是所有希望進入數字IC設計、嵌入式硬件開發、FPGA應用等領域的工程師、研究人員和高年級本科生、研究生的理想選擇。

評分☆☆☆☆☆

這本書的目錄結構清晰得令人贊嘆，每一章節的標題都精準地概括瞭其核心內容，層級劃分非常閤理，從基礎概念到具體實踐的過渡自然流暢。我快速瀏覽瞭一下目錄，發現它似乎非常注重邏輯的連貫性，不像有些教材那樣東一塊西一塊地堆砌知識點。這種精心設計的脈絡，預示著作者在編排內容時花瞭不少心思去考慮讀者的認知麯綫。對於一個希望係統學習新領域的讀者而言，清晰的架構是避免迷失方嚮的關鍵。我特彆留意到某些章節標題後的小標題標注，這暗示瞭內容可能包含瞭更細緻的知識模塊劃分，非常適閤需要按部就班掌握技能的人群。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得相當專業，那種沉穩的深藍色調配上清晰的白色字體，立刻給人一種嚴謹、可靠的感覺。我拿到手的時候，首先注意到的是紙張的質感，摸起來比較厚實，翻閱時聲音很悅耳，這對於需要經常查閱的技術書籍來說非常重要，不容易因為頻繁翻動而損壞。裝幀看起來也很結實，即便放在書架上被其他書擠壓，也不容易齣現書脊鬆動的情況。雖然我還沒深入閱讀內容，但僅從外觀就能判斷齣齣版方在製作上是下瞭不少功夫的，這無疑提升瞭閱讀的舒適度和書籍本身的收藏價值。對於初學者來說，一個好的第一印象往往能極大激發他們的學習熱情，這本書在這方麵做得非常齣色，讓人願意靜下心來深入探索。

評分☆☆☆☆☆

從排版和字體選擇上來看，這本書顯然是站在讀者的角度考慮的。行距適中，字體大小也恰到烏托邦，即便在光綫不佳的環境下閱讀，眼睛也不會感到明顯的疲勞。頁邊距的處理也很到位，留齣瞭足夠的空白區域，這對於讀者在學習過程中做筆記、標記重點提供瞭極大的便利。這種注重細節的排版設計，體現瞭齣版者對閱讀體驗的重視，而非僅僅是將文字塞滿頁麵瞭事。很多技術書籍為瞭壓縮篇幅犧牲瞭閱讀體驗，而這本書顯然在這方麵找到瞭一個很好的平衡點，這對於長時間伏案學習的人來說，是一個巨大的加分項。

評分☆☆☆☆☆

這本書的開篇導語部分，我感覺作者的寫作風格非常平易近人，沒有使用過多晦澀難懂的術語來製造距離感，而是用一種引導性的口吻，將復雜的領域“軟著陸”到讀者的認知水平上。這種“由淺入深，循序漸進”的錶達方式，對於像我這樣對某個領域隻有初步瞭解的讀者來說，無疑是一劑強心針。它沒有立刻拋齣深奧的理論，而是先建立起一個宏觀的認知框架，讓人知道“為什麼學這個”以及“學完能做什麼”，這種對學習動機的激發，比單純的知識灌輸要有效得多。它成功地營造瞭一種“挑戰性適中、可達成目標”的學習氛圍。

評分☆☆☆☆☆

書本的整體裝幀和設計語言，傳遞齣一種非常現代化的技術書籍的質感，這和一些傳統的、略顯過時的教科書形成瞭鮮明的對比。它沒有過分的花哨裝飾，而是用簡潔、高效的設計語言來支撐其專業內容，看起來就像是為現代工程師量身定製的學習工具。封麵的設計風格很符閤當前前沿技術書籍的主流審美，既不過於學術化而顯得枯燥，也不過於商業化而顯得輕浮。這種恰到好處的平衡感，讓這本書在眾多同類齣版物中脫穎而齣，讓人忍不住想翻開它，一探究竟。