VHDL数字电路设计教程 (巴西)佩德罗尼 电子工业出版社 9787121186721 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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• VHDL
• 数字电路设计
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• 佩德罗尼
• 巴西
• 9787121186721
• 硬件描述语言
• FPGA
• 数字系统设计

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121186721

商品编码：29703400613

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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精通VHDL，赋能数字电路设计新时代 数字电路设计是现代电子工业的基石，而VHDL（VHSIC Hardware Description Language）作为一种功能强大、应用广泛的硬件描述语言，更是数字逻辑设计、仿真验证和硬件实现的得力助手。本书《VHDL数字电路设计教程》以巴西著名专家为作者，结合电子工业出版社的专业出版优势，为广大读者呈现了一套系统、深入、实用的VHDL学习指南。本书内容详实，紧贴行业前沿，旨在帮助读者从零基础快速入门，逐步掌握VHDL的精髓，并能将其高效地应用于复杂的数字电路设计项目之中。 为何选择VHDL？ 在数字化浪潮席卷全球的今天，FPGA（Field-Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）等可编程逻辑器件和专用集成电路在通信、计算、消费电子、汽车电子、工业控制等众多领域发挥着至关重要的作用。而VHDL正是实现这些复杂数字系统设计的核心语言之一。与传统的门级网表描述相比，VHDL能够以更高级的抽象层次描述硬件行为，极大地提高了设计的效率和可维护性。通过VHDL，工程师可以更加便捷地描述时序逻辑、组合逻辑，进行功能仿真，并最终生成可用于FPGA编程或ASIC制造的网表文件。本书将带领您深刻理解VHDL的优势，以及它在现代数字电路设计流程中的不可替代性。 本书内容概览：循序渐进，体系完整 本书的编写逻辑清晰，结构严谨，从基础概念入手，逐步深入到高级设计技巧。全书围绕VHDL语言本身及其在数字电路设计中的应用展开，力求为读者构建起坚实的理论基础和丰富的实践经验。 第一部分：VHDL基础篇——夯实根基 VHDL概述与发展历程： 了解VHDL的起源、发展以及它在硬件描述语言领域的重要地位。 VHDL基本语法与结构： 深入学习VHDL的核心语法，包括实体（entity）、架构（architecture）、端口（port）、信号（signal）、常量（constant）、变量（variable）等基本概念。理解如何定义数字电路的输入输出接口，以及如何声明和使用内部信号。 数据类型与运算符： 掌握VHDL中丰富的数据类型，如`std_logic`、`std_logic_vector`、`integer`、`boolean`等，并理解各种逻辑、算术和关系运算符的用法。这将是描述电路行为的基础。 并发语句与顺序语句： 区分和理解VHDL中的并发语句（如`process`、`assign`）和顺序语句（如`if`、`case`、`loop`），并学习如何在不同的设计场景下选择和使用它们。 实体与架构的组合： 学习如何将多个实体和架构进行实例化和连接，构建层次化设计的框架。理解组件（component）的概念及其在模块化设计中的作用。 常用库与包： 介绍VHDL中常用的标准库，如`IEEE.STD_LOGIC_1164`、`IEEE.NUMERIC_STD`等，并讲解如何使用它们提供的预定义数据类型和函数，从而简化设计。 配置（Configuration）： 学习如何使用配置语句来选择不同的架构实现，为设计提供灵活性，并方便进行不同版本的仿真和实现。 第二部分：VHDL设计进阶——实践能力提升 组合逻辑设计： 学习如何使用VHDL描述基本的组合逻辑电路，如加法器、减法器、多路选择器、译码器、编码器、比较器等。重点掌握如何将逻辑真值表或逻辑表达式转换为VHDL代码。 时序逻辑设计： 深入研究时序逻辑电路的设计，包括触发器（flip-flop）、寄存器（register）、计数器（counter）、移位寄存器（shift register）等。理解时钟（clock）信号的作用，以及如何设计同步和异步时序逻辑。 状态机（Finite State Machine, FSM）设计： 学习如何设计有限状态机，这是控制复杂数字系统的关键。掌握 Moore 型和 Mealy 型状态机的VHDL描述方法，并学习如何将其应用于实际的控制逻辑设计。 参数化设计与生成（Generics & Generate Statements）： 学习如何使用`generic`和`generate`语句实现设计的参数化，提高代码的可重用性和灵活性。例如，设计一个可以根据参数调整位宽的加法器。 结构化设计与行为级设计： 理解结构化设计（强调组件实例化和连接）与行为级设计（强调功能描述）的区别，并学会根据设计需求选择合适的设计方法。 进程（Process）的高级用法： 深入探讨`process`语句的敏感性列表（sensitivity list）的正确使用，以及如何避免常见的仿真和综合问题。 复用器（Multiplexer）和分用器（Demultiplexer）： 学习如何高效地使用VHDL设计这些关键的信号路由和选择电路。 存储器（Memory）设计： 学习如何使用VHDL描述RAM（Random Access Memory）和ROM（Read-Only Memory）等存储单元，并理解其读写操作的时序。 第三部分：VHDL仿真与验证——确保设计质量 仿真环境搭建与测试平台设计： 介绍如何搭建VHDL仿真环境（如ModelSim, Vivado Simulator等），并学习如何编写测试平台（testbench）来验证设计的正确性。 测试向量（Test Vector）的生成与应用： 学习如何生成有效的测试向量，覆盖各种输入组合和边界条件，以全面地验证设计功能。 仿真波形分析： 掌握如何分析仿真生成的波形图，识别和定位设计中的错误。 断点与信号监控： 学习在仿真过程中使用断点和信号监控功能，深入探究设计的内部工作状态。 覆盖率分析： 了解仿真覆盖率的概念，并学习如何通过分析覆盖率来评估测试的有效性。 第四部分：VHDL综合与实现——硬件落地 综合（Synthesis）概念： 深入理解VHDL综合的原理，即如何将VHDL代码转换为门级网表。 综合约束（Synthesis Constraints）： 学习如何编写综合约束文件，指导综合工具优化设计的时序和面积。 时序分析（Timing Analysis）： 理解时序分析在数字电路设计中的重要性，并学习如何解读时序报告，识别时序违例。 FPGA/CPLD实现流程： 介绍将VHDL设计映射到FPGA或CPLD器件的典型流程，包括综合、布局布线（Place & Route）和比特流生成。 ASIC设计流程简介： 简要介绍VHDL在ASIC设计流程中的应用，以及与FPGA设计流程的区别。 第五部分：高级主题与实用技巧——提升设计能力 流水线（Pipelining）技术： 学习如何使用流水线技术来提高电路的吞吐量和性能。 数据通路（Datapath）与控制通路（Control Path）设计： 学习如何将复杂的数字系统分解为数据通路和控制通路，并分别进行设计。 IP核（Intellectual Property Core）的应用： 介绍如何集成和使用预先设计好的IP核，加速开发进程。 低功耗设计（Low Power Design）简介： 简要探讨在VHDL设计中实现低功耗的一些基本策略。 时钟管理（Clock Management）： 学习如何处理多时钟域设计、时钟偏移（clock skew）等问题。 异步复位（Asynchronous Reset）与同步复位（Synchronous Reset）的设计： 掌握这两种复位方式的区别和应用场景。 代码优化技巧： 提供一些实用的VHDL代码优化技巧，以提高设计效率和性能。 本书的特色与价值： 案例丰富，贴近实际： 本书包含大量精心设计的VHDL代码示例，覆盖了从基础逻辑到复杂系统的各种常见应用。这些实例不仅仅是枯燥的代码，更融入了实际的设计思路和工程实践。 讲解深入浅出，适合不同层次读者： 无论是初学者还是有一定VHDL基础的设计者，都能在本书中找到适合自己的内容。对于初学者，循序渐进的讲解能够帮助建立扎实的VHDL功底；对于有经验的设计者，本书提供的高级主题和优化技巧能帮助他们进一步提升设计能力。 理论与实践相结合： 本书不仅讲解VHDL的语法和理论，更注重其在实际数字电路设计中的应用。通过大量的仿真和实现方面的介绍，帮助读者将理论知识转化为实际的工程技能。 专业的出版与严谨的质量： 由电子工业出版社出版，保证了本书内容的专业性、准确性和权威性。 培养解决问题的能力： 本书不只是提供“怎么做”，更强调“为什么这么做”，引导读者理解设计背后的原理，从而在面对新的设计挑战时，能够独立思考并找到解决方案。 谁适合阅读本书？ 电子工程、计算机科学及相关专业的在校学生： VHDL是数字逻辑设计课程的核心内容，本书能为学生提供系统、完整的学习材料。 从事FPGA/CPLD/ASIC设计的工程师： 无论是初入职场的新人，还是经验丰富的老将，都能从本书中学习到新的知识、设计技巧和优化方法。 希望深入了解数字电路设计原理和实现方法的爱好者： 如果您对数字系统的工作原理充满好奇，并希望能够亲手设计和实现它们，本书将是您的理想选择。 需要进行嵌入式系统硬件开发的技术人员： 掌握VHDL是进行高性能硬件加速、定制化硬件接口设计的重要技能。 开启您的数字设计之旅 掌握VHDL并熟练运用它进行数字电路设计，是现代电子工程师必备的核心竞争力之一。本书《VHDL数字电路设计教程》将为您提供一扇通往数字设计世界的金钥匙。通过系统学习，您将能够自信地运用VHDL描述、仿真和实现复杂的数字系统，为您的职业生涯和项目开发注入强大的动力。立即开始您的VHDL学习之旅，用代码构建您的数字梦想！

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格虽然是技术性的，但却出乎意料地流畅和富有启发性。我可以感受到作者在遣词造句中流露出的那种对教育事业的热忱。他常常使用一些类比手法来解释抽象的概念，比如将组合逻辑比作一堆相互连接的电子元件，信号的改变会立刻导致输出的反应；而将时序逻辑比作流水线上的工人，每一步操作都必须等待时钟的精确指令。这种生动的描述，极大地降低了初学者的心理门槛。另外，书中对于不同EDA工具链的兼容性也做了探讨，虽然没有深入到具体某个软件的操作手册层面，但对于理解不同厂商工具链在底层如何解析VHDL描述的差异性，提供了很好的视角。我特别喜欢其中关于设计约束（Constraints）的那一章，它清晰地解释了为何仅仅有正确的逻辑是不够的，如何通过设定时钟频率、输入延迟等参数，将逻辑电路成功映射到实际的FPGA或ASIC硬件上。这种对整个设计流程的覆盖，使得这本书不仅仅是一本语言参考，更是一本实用的工程指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实引人注目，那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的标题字体，一下子就能抓住工科生的眼球。我翻开第一页，就被作者那份严谨的态度所折服。开篇并没有急于抛出复杂的代码，而是花了相当大的篇幅去铺陈VHDL这门语言的哲学思想和底层逻辑。你能清晰地感觉到，作者是在试图搭建一座坚实的理论桥梁，让你在踏入实际电路设计之前，对“硬件描述”这件事有一个宏观且深刻的理解。尤其是关于时序逻辑和组合逻辑的划分，他引入了非常形象的比喻，即便是一个初学者，也能迅速捕捉到两者在硬件实现上的本质区别。而且，书中对标准库的解析也做得非常到位，不是简单地罗列函数，而是结合实际的设计案例，去讲解每一个标准组件在芯片内部是如何映射和运作的。这种“知其然，更知其所以然”的教学方式，极大地提升了我学习的效率和兴趣。我之前接触过几本国外的教材，很多都过于侧重应用层面的堆砌，缺乏这种对根基的深挖，而这本书在这方面做得非常出色，让人感觉作者真的是倾注了大量心血，力求让读者能够真正掌握这门语言的精髓。

评分☆☆☆☆☆

要说这本书的独特之处，我认为在于其独特的“工程视角”。它并没有将VHDL仅仅视为一种编程语言，而是将其置于整个数字系统架构的宏大背景下进行考察。在讲解循环和迭代结构时，作者特意穿插了关于资源分配和硬件并行性的讨论，提醒读者在编写高级结构时，必须时刻注意其在硬件资源上会造成什么样的开销。此外，书中对于模块化设计和层次化抽象的强调也令人印象深刻。他推崇将复杂系统拆解成若干个独立、可验证的小模块，并通过接口（Port Map）进行连接，这无疑是现代大规模集成电路设计中的核心思想。我发现，很多其他教材只停留在“如何用代码实现功能”的层面，而这本书则更进一步，深入探讨了“如何用VHDL来组织一个可维护、可扩展的大型项目”。这种超前的设计理念灌输，对于希望未来从事前沿芯片设计工作的读者来说，是极为宝贵的财富。它训练的不仅仅是写代码的能力，更是系统的组织和规划能力。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是跟着一位经验老到的工程师在进行一场结构化的实践训练。它的章节安排逻辑性极强，从最基础的“信号”和“实体”的定义，逐步过渡到复杂的“进程（Process）”结构和“有限状态机（FSM）”的设计。作者在讲解FSM时，采用了多种不同的编码风格进行对比分析，这一点我特别欣赏。他没有武断地说哪种最好，而是根据不同的性能需求（例如资源占用、时序收敛速度）来推荐合适的实现方式，这体现了数字设计中“权衡取舍”的艺术。每讲完一个核心概念，后面立刻跟进了一个小型但完整的例子，这些例子大多源自真实的工业应用场景，而非凭空捏造的玩具电路。最让我感到惊喜的是，书中对于仿真和调试的部分给予了足够的重视。他详细阐述了如何编写有效的测试平台（Testbench），以及如何利用波形观察器来诊断设计中的竞争冒险（Race Condition）等经典问题。这种强调实践验证的教学方法，确保了我们写出的代码不仅能“编译通过”，更能“正确运行”。对于渴望从理论走向实践的读者来说，这无疑是一份极其宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书在巴西原版的基础上进行翻译和引进，这本身就带有一种独特的国际视野。从排版上看，清晰的配色和合理的代码块高亮处理，使得长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。一个让我颇为欣赏的细节是，书中对一些常见的“陷阱”和“误区”都有专门的警示框。例如，关于信号（Signal）和变量（Variable）在进程中的区别，作者用了一个非常清晰的表格进行了归纳对比，并配上了错误代码示例，这比单纯的文字描述有效得多，帮助我立刻修正了几个过去一直含糊不清的概念。更难能可贵的是，作者在处理一些具有历史沿革的设计模式时，总是能给出不同时间点的最佳实践建议，体现了其深厚的行业积累。这本书的深度足以让有经验的工程师查漏补缺，而其循序渐进的引导方式，也足以让初学者建立起坚实的知识体系。总而言之，这是一本严谨、全面且极富实践指导意义的VHDL教材。