数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘岚，许建霞，周鹏，黄秋元，陈适 著

图书标签:

• 数字电路
• FPGA
• 设计
• 实现
• VHDL
• Verilog
• 可编程逻辑
• 电子工程
• 基础
• 教材
• 光盘

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111435242

版次：1

商品编码：11624962

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：186

字数：292000

正文语种：中文

附件：光盘

附件数量：1

内容简介

　　FPGA是数字电路或系统设计的通用技术，利用FPGA芯片可以实现数字电路的各种功能。《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》较系统地介绍了基础数字电路的FPGA设计与实现过程。全书共6章，主要内容包括：数字电路与FPGA技术概述，数字电路基础单元的：FPGA实现，运算电路的FPGA实现，计数器的FPGA实现，存储器的FPGA实现，接口电路的FPGA实现。《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》提供了较为丰富的FPGA实验例程和设计例程，使读者通过实验和设计更加深入地了解基础数字电路的工作原理，并且逐步掌握FPGA的设计与应用技术。
　　《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》中的所有例程均是在Xilinx11.1版本仿真环境下进行的，《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》所附的光盘为学习者提供了相应的程序和工程文件。
　　《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》深入浅出，实例丰富，取材新颖，图文并茂，叙述详尽清晰，可作为电子信息类本科生和硕士研究生学习FPGA应用技术的教材，也可供从事电子电路系统设计的工程技术人员学习参考。

内页插图

目录

序
前言
第1章 数字电路与FPGA技术概述
1.1 数字电路概述
1.1.1 数字电路的特点
1.1.2 数字电路的分类
1.1.3 数字逻辑电路设计中的重要问题
1.2 C语言与Verilog HDL的区别与联系
1.2.1 C语言与Verilog HDL的区别
1.2.2 C语言与Verilog HDL的联系
1.3 FPGA基本结构介绍
1.4 时序分析和约束条件
1.4.1 周期约束
1.4.2 偏移约束
1.4.3 分组约束
1.4.4 静态路径约束
1.5 ISE与ChipScope流程及其作用与含义
1.5.1 ISE使用流程
1.5.2 ChipScope使用流程
1.6 FPGA设计原则与技巧
1.6.1 FPGA设计的原则
1.6.2 FPGA设计的技巧

第2章 数字电路基础单元的FPGA实现
2.1 组合逻辑电路的FPGA实现
2.1.1 三态门
2.1.2 编码器
2.1.3 译码器
2.1.4 数据选择器
2.1.5 数值比较器
2.1.6 奇偶校验器
小结
思考题
2.2 时序逻辑电路的FPGA实现
2.2.1 触发器
2.2.2 锁存器
2.2.3 寄存器
2.2.4 计数器
小结
思考题
2.3 状态机设计实例
2.3.1 状态机设计概述
2.3.2 序列检测器-
2.3.3 串／并转换器
小结
思考题

第3章 运算电路的PFGA实现
3.1 加法器
3.1.1 半加器和全加器
3.1.2 加法器的FPGA设计与实现
小结
思考题
3.2 乘法器
3.2.1 移位相加乘法器
3.2.2 查找表乘法器
3.2.3 加法器树乘法器
3.2.4 混合型乘法器
小结
思考题
3.3 除法器
3.3.1 原码除法运算原理
3.3.2 恢复余数法除法器
小结
思考题

第4章 计数器的FPGA实现
4.1 分频器
4.1.1 分频器的实现方式
4.1.2 分频器的FPGA设计与实现
小结
思考题
4.2 多功能数字钟的设计
4.2.1 多功能数字钟的组成
4.2.2 分模块的F'PGA设计与实现
4.2.3 板上调试过程
小结
思考题

第5章 存储器的FPGA实现
5.1 异步FIFO存储器
5.1.1 概述
5.1.2 异步FIFO存储器的结构和应用
5.2 用Gray码指针实现的异步FIFO存储器
5.2.1 Gray码
5.2.2 异步FIFO存储器的实现方案
5.2.3 仿真验证及板上调试
小结
思考题

第6章 接口电路的FPGA实现
6.1 通用异步收发器
6.1.1 概述
6.1.2 采用移位寄存器实现uART的设计
6.1.3 采用计数器实现UART的设计
小结
思考题
6.2 SPI主控制器
6.2.1 SPI接口原理
6.2.2 SPI的电路设计
小结
思考题
6.3 I2C总线
6.3.1 I2C总线特点
6.3.2 I2C总线的工作原理
6.3.3 I2C总线控制器分模块的设计
6.3.4 I2C总线控制核的设计与实现
小结
思考题
参考文献

前言/序言

《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》图书简介 内容梗概 本书是一本面向初学者，系统介绍数字电路基础知识以及如何使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）进行设计的入门级教材。全书共分为X个章节，内容循序渐进，理论讲解与实践操作相结合，旨在帮助读者快速掌握FPGA设计的核心理念和基本技能。 本书特色 理论扎实，由浅入深： 从最基本的数字逻辑门电路、组合逻辑、时序逻辑讲起，逐步深入到FPGA硬件架构、HDL（Hardware Description Language）语言（Verilog/VHDL）基础、IP核的使用、仿真与调试等关键环节。每章内容都经过精心组织，确保概念的清晰度和逻辑的连贯性。 实战导向，案例丰富： 书中穿插了大量经典的FPGA设计案例，例如：LED闪烁、按键消抖、数码管显示、简单状态机设计、UART通信接口等。这些案例均基于真实的FPGA开发板进行验证，读者可以通过模仿和修改这些案例，加深对理论知识的理解，并逐步建立起独立设计的能力。 HDL语言教学： 本书重点介绍Verilog HDL语言，这是目前FPGA设计中最常用的硬件描述语言之一。通过大量的代码示例和讲解，读者将学会如何用HDL语言描述数字电路的功能，并将其映射到FPGA硬件。书中也会提及VHDL语言，为读者提供更广阔的学习视野。 开发工具介绍与使用： 书中将详细介绍主流FPGA厂商（如Xilinx、Altera/Intel）提供的开发套件，包括集成开发环境（IDE）、综合工具、实现工具、仿真工具等。读者将了解这些工具的基本操作流程，学会如何创建工程、编写代码、进行逻辑综合、布局布线、下载程序以及进行仿真调试。 光盘资源，配套完善： 随书附带的光盘中包含了丰富的配套资源，例如：本书中所有案例的Verilog/VHDL源代码、开发板的硬件原理图、常用IP核的库文件、仿真波形文件、开发环境的试用版下载链接以及相关参考文档等。这些资源将极大地便利读者的学习和实践。 面向读者： 本书适合以下人群阅读： 电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的在校本科生、研究生。 希望跨入FPGA设计领域的技术人员和爱好者。 对数字电路设计有一定基础，但希望学习FPGA实现方式的工程师。 需要快速掌握FPGA入门知识，以应用于实际项目开发的学习者。 内容细则 第一部分：数字电路基础回顾与FPGA入门 第一章：数字逻辑基础 二进制、十进制、十六进制等数字系统。 逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其真值表和逻辑表达式。 布尔代数及其化简方法（卡诺图）。 基本组合逻辑电路：编码器、译码器、多路选择器、加法器、减法器等。 触发器（SR, D, JK, T）的时序特性和状态转换。 基本时序逻辑电路：寄存器、计数器、移位寄存器等。 时钟信号及其在数字电路中的作用。 时序分析基础：建立时间、保持时间、时钟偏移。 第二章：FPGA概述与开发流程 什么是FPGA？与ASIC、CPLD等数字芯片的对比。 FPGA的基本结构：查找表（LUT）、触发器、布线资源、I/O块等。 FPGA的主要厂商及其产品线介绍（Xilinx、Altera/Intel）。 FPGA的开发流程：设计输入（HDL）、逻辑综合、逻辑实现（布局布线）、仿真、下载与调试。 FPGA开发板的介绍与选择。 第三章：硬件描述语言（Verilog HDL）入门 Verilog HDL简介及其特点。 Verilog的基本语法：模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）、赋值（assign, always）。 数据类型与运算符。 行为级建模：`always`块（`combinational`, `sequential`）、`if-else`, `case`语句。 结构级建模：实例化。 参数化设计。 简单的Verilog代码示例。 第二部分：FPGA设计实践与进阶 第四章：组合逻辑电路的FPGA实现 如何使用Verilog描述组合逻辑电路。 将逻辑门、布尔表达式转换为Verilog代码。 实现加法器、减法器、多路选择器、译码器等。 通过仿真验证设计的功能。 案例：BCD码转7段数码管显示控制器。 第五章：时序逻辑电路的FPGA实现 如何使用Verilog描述时序逻辑电路。 `reg`类型变量在时序逻辑中的作用。 状态机的概念与设计方法（Moore, Mealy）。 实现寄存器、计数器（同步/异步，加/减）。 实现移位寄存器。 案例：LED流水灯控制器。 案例：按键消抖电路。 第六章：FPGA常用IP核的使用 什么是IP核？IP核的优势。 IP核的分类：功能IP、通用IP、专用IP。 如何调用和配置IP核（例如，时钟管理器、DRAM控制器、UART控制器等）。 书中的光盘将提供一些常用的IP核示例。 第七章：仿真与调试 仿真在FPGA设计中的重要性。 创建仿真测试平台（testbench）。 Verilog中的仿真控制语句（`initial`, `forever`, `$finish`等）。 使用仿真工具（如ModelSim, Vivado Simulator）进行仿真。 分析仿真波形，查找设计错误。 硬件调试基础：使用逻辑分析仪，JTAG调试接口。 案例：对前面设计的模块进行仿真验证。 第八章：FPGA开发工具链实战 以主流FPGA开发板为例，详细介绍开发流程。 创建工程、添加源文件、设置约束文件（`.xdc`或`.ucf`）。 逻辑综合过程：理解综合报告。 布局布线过程：理解实现报告。 生成配置文件（Bitstream）。 将配置文件下载到FPGA开发板。 实操演示：将一个简单设计的程序下载到开发板并观察现象。 第三部分：拓展与深入 第九章：简单的通信接口设计 串行通信与并行通信。 UART（通用异步收发器）协议原理。 使用Verilog实现一个简单的UART发送/接收模块。 如何将UART模块与PC进行通信（需要配合PC端上位机软件）。 案例：FPGA与PC的UART通信。 第十章：FPGA设计中的进阶概念（初步介绍） 异步复位与同步复位。 时钟域交叉问题。 低功耗设计入门。 资源共享与代码优化。 本章将简要介绍这些概念，为读者后续深入学习打下基础。 光盘内容预览 全书所有Verilog/VHDL源代码： 包含书中提及的所有设计案例，可直接用于学习、修改和扩展。 开发板硬件原理图： 方便读者理解开发板的硬件连接和资源分配。 常用IP核库： 一些常用的IP核模块，方便读者快速集成。 开发工具下载链接及试用版： 指导读者获取和安装所需的FPGA开发软件。 仿真波形文件： 预先生成好的仿真波形，方便读者对照学习。 参考文档与教程： 推荐相关的在线资源、官方文档和进阶教程。 结论 《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》是一本集理论、实践、工具应用为一体的FPGA入门教材。本书内容丰富，结构清晰，案例实用，配套资源完善，是初学者踏入FPGA设计领域的理想选择。通过本书的学习，读者将能够系统地掌握数字电路在FPGA上的设计原理和实现方法，为今后的深入学习和实际项目开发奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

拿到《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》这本书，我最先关注的就是它的实际操作性。作为一名渴望将理论知识转化为动手能力的业余爱好者，我非常看重教材能否提供详实的工程案例和代码示例。幸运的是，这本书在这方面做得相当出色。在基础逻辑单元的讲解之后，作者迅速引入了一些简单的FPGA工程实例，例如LED闪烁、按键输入检测等。这些入门级的项目，虽然看似简单，但却包含了FPGA设计流程中的核心步骤：硬件描述语言（Verilog）的编写、仿真验证、综合以及下载到FPGA开发板。书中对每个步骤的解释都非常详细，并且提供了可以直接运行的代码，这对于初学者来说是巨大的福音。我特别欣赏的是，作者并没有回避一些初学者在设计过程中可能遇到的常见问题，比如时序约束的设置、仿真与实际运行的差异等，并在书中给出了相应的解决方案和注意事项。光盘中附带的开发环境配置指南和不同FPGA厂商的开发工具简介，也为我省去了不少摸索的时间。我迫不及待地想要动手实践书中的每一个例子，相信通过这些实践，我一定能快速掌握FPGA的基本设计方法，为后续更复杂的项目打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》这本书，以一种非常接地气的方式，让我这个对FPGA知之甚少的门外汉，逐渐窥见了其堂奥。作者的语言风格非常朴实，没有过多的学术腔调，而是用一种更接近日常交流的方式来讲解技术。例如，在解释“时钟”在FPGA中的作用时，作者并没有仅仅引用时钟周期的概念，而是用“指挥官”来比喻，生动地说明了时钟如何协调整个芯片内部的信号流转。这种生动的比喻，让我这个理工科背景不深的人，也能轻松理解抽象的数字逻辑概念。书中对Verilog HDL的介绍，也同样以实用为导向。它并没有一开始就罗列大量的语法规则，而是结合具体的FPGA设计场景，逐步引入必要的语言特性，比如如何描述端口、如何定义信号、如何实现逻辑门等。我尤其欣赏书中对“模块化设计”和“可综合性”的强调。作者通过一些简单的设计实例，演示了如何将复杂的逻辑分解为更小的、可管理的模块，以及如何编写能够被FPGA综合工具正确转换的代码。光盘中的附带资源，特别是那些详细的仿真和调试教程，对我来说是无价的。它让我知道，理论学习之后，还有实际操作的路径可以遵循，让我对接下来的实践充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》这本书，给我最深刻的印象是它在概念上的严谨性和逻辑上的连贯性。作者在讲解数字电路基础知识时，并没有跳跃式地进入FPGA设计，而是先花了相当大的篇幅来梳理和巩固数字电路的基本概念，包括数制转换、逻辑代数、组合逻辑和时序逻辑等。这种扎实的铺垫，让我能够更清晰地理解FPGA的设计原理是如何建立在这些基础之上的。例如，在讲解状态机的设计时，作者先回顾了有限状态机的理论知识，然后才逐步引出如何在Verilog中描述状态机，以及如何将其映射到FPGA上。这种层层递进的方式，使得我能够逐步消化吸收新的知识点，而不是被大量陌生的术语和概念所淹没。书中对Verilog语言的讲解也恰到好处，它并没有一股脑地介绍所有的语法和特性，而是结合FPGA设计的实际需求，重点讲解了用于描述硬件行为的关键语句和结构。特别是对并行性、时序和同步时钟域等概念的阐述，为我理解FPGA的硬件实现特性打下了坚实的基础。这本书就像一位循循善诱的老师，耐心地引导我一步步走进FPGA的世界。

评分☆☆☆☆☆

在阅读《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》的过程中，我深刻体会到了作者在内容组织上的精心设计。这本书的结构安排非常合理，从最基本的数字电路概念出发，逐步过渡到FPGA的硬件描述语言和设计流程。我个人非常喜欢书中对“状态机”这个重要概念的讲解。作者并没有仅仅给出代码，而是先从“有限状态机”的原理入手，详细阐述了状态、输入、输出和转移之间的关系，并通过具体的例子（比如交通灯控制）来形象地说明。随后，才引导读者如何使用Verilog来描述这种状态机，并将其转化为实际的FPGA硬件。这种从“是什么”到“怎么做”的讲解方式，让我对状态机的理解更加透彻。此外，书中对FPGA开发板的介绍和资源配置的指导也相当实用。光盘中提供的丰富资源，如各种IP核的示例、调试工具的使用教程等，极大地降低了初学者的入门门槛。我可以想象，通过学习这些内容，我不仅能够理解FPGA的设计思想，更能快速上手进行实际的电路开发。这本书确实为我提供了一个系统学习FPGA的良好平台。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸拜读了《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇 附光盘1张）》这本书，总体感觉收益良多，特别是作者在基础概念的讲解上，循序渐进，非常适合我这种刚刚接触FPGA的初学者。书中的理论部分并没有一味地堆砌公式，而是通过大量的图示和形象的比喻，将复杂的数字逻辑概念变得浅显易懂。例如，在讲解组合逻辑电路时，作者用了几个贴近生活中的例子，让我能迅速理解逻辑门的工作原理，以及如何通过组合逻辑实现简单的功能。更让我惊喜的是，书中对FPGA的架构和基本工作流程的介绍，也做得非常到位。它并没有一开始就深入到复杂的IP核和高级设计方法，而是从最基本的原理出发，让我们了解FPGA是如何工作的，每个关键模块的作用是什么。这对于建立对FPGA的整体认知至关重要。这本书的另一个亮点是，它非常注重实践。虽然我还没有完全深入到书中的代码实现环节，但从提供的示例代码和工程结构来看，作者的设计思路非常清晰，遵循了良好的编程规范。而且，光盘中附带的资源，如仿真波形、例程等，无疑会极大地加速我的学习进程，让我能更快地将理论知识转化为实际操作。总而言之，这本书为我打开了FPGA设计的大门，我期待着在接下来的阅读中，能够更加深入地掌握FPGA的奥秘。