正版新書--基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計 [英]皮德.明斯等 機械工業 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[英] 皮德.明斯等 著

圖書標籤:

• 數字電路設計
• Verilog HDL
• 有限狀態機
• FSM
• 電路設計
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• 機械工業齣版社
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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111532927

商品編碼：29484244064

包裝：平裝

齣版時間：2016-06-01

基本信息

書名：基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計

定價：120.00元

作者：皮德.明斯等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-06-01

ISBN：9787111532927

字數：

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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館配的重點書

內容提要

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本書介紹瞭基於有限狀態機（FSM）的數字電路硬件設計，通過結閤工程案例來展示FSM是如何融入其中的。同時，本書還運用硬件描述語言VerilogHDL，通過編寫可執行和仿真的代碼，讓讀者從實際應用的角度獲得一個完整的數字電路的設計思路。本書從設計方法，到編程語言，比較係統地介紹瞭數字電路的硬件設計，並結閤實際案例進行詳細的剖析。讀者能夠從本書中學到完整的設計思路，並可以藉鑒或整閤到自己的方案中，極大地方便瞭相關高校學生與專業人士的學習和運用。

目錄

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目錄
譯者序
原書前言
章有限狀態機和狀態圖以及數字電路和係統設計的基本概念
1.1概述
1.2學習資料
1.3小結
第2章使用狀態圖控製外部硬件分係統20
2.1概述
2.2學習資料
2.3小結
第3章根據狀態圖綜閤硬件電路
3.1關於FSM的綜閤
3.2學習資料
3.3小結
第4章同步FSM設計
4.1傳統狀態圖的綜閤方法
4.2處理未使用的狀態
4.3信號高/低位指示係統
4.3.1使用測試平颱測試FSM
4.4簡易波形發生器
4.4.1采樣頻率和每種波形的采樣個數
4.5骰子遊戲
4.5.1骰子遊戲係統公式
4.6二進製數據串行發送係統
4.6.1圖4.15移位寄存器裏的RE計數單元
4.7串行異步接收係統
4.7.1FSM公式
4.8加入奇偶校驗的串行接收係統
4.8.1整閤奇偶校驗83
4.8.2圖4.26對應的D觸發器公式
4.9異步串行發送係統
4.9.1異步串行發送係統公式
4.10看門狗電路
4.10.1D觸發器公式
4.10.2輸齣公式
4.11小結
第5章運用獨熱編碼技術設計FSM
5.1獨熱編碼簡介
5.2數據采集係統
5.3內存共享係統
5.4簡易波形發生器
5.4.1工作原理
5.4.2解決方案
5.4.3 D觸發器輸入端d對應的方程
5.4.4輸齣公式
5.5運用微處理器（微控製器）控製FSM
5.6存儲芯片測試係統
5.7獨熱編碼和第4章常規設計方法的對比
5.8動態存儲空間訪問控製係統
5.8.1觸發器公式
5.8.2輸齣公式
5.9如何運用微處理器來控製DMA係統
5.10使用FSM檢測連續的二進製序列
5.11小結
第6章Verilog HDL
6.1硬件描述語言背景介紹
6.2用Verilog HDL進行硬件建模：模塊
6.3模塊的嵌套：建立構架
6.4Verilog HDL仿真：一個完整的設計過程
參考文獻
第7章Verilog HDL體係
7.1內置基本單元和類
7.1.1Verilog的類
7.1.2Verilog邏輯值和數字值
7.1.3如何賦值
7.1.4Verilog HDL基本門電路
7.2操作符和描述語句
7.3Verilog HDL操作符運用案例：漢明碼編碼器
7.3.1漢明碼編碼器的仿真
參考文獻
第8章運用Verilog HDL描述組閤邏輯和時序邏輯
8.1描述數據流模式：迴顧連續賦值語句
8.2描述行為模式：時序模塊
8.3時序語句模塊：阻塞和非阻塞
8.3.1時序語句
8.4用時序模塊描述組閤邏輯
8.5用時序模塊描述時序邏輯
8.6描述存儲芯片
8.7描述FSM
8.7.1實例1：國際象棋比賽計時器
8.7.2實例2：帶有自動落鎖功能的密碼鎖FSM
參考文獻
第9章異步FSM
9.1概述
9.2事件觸發邏輯的設計
9.3使用時序公式綜閤事件FSM
9.3.1捷徑法則
9.4在可編程邏輯器件裏運用乘積求和公式的設計方法
9.4.1去掉當前狀態和下一個狀態的標記：n和n 1
9.5運用事件觸發的方法設計帶有指示功能的單脈衝發生器FSM
9.6另一個事件觸發FSM的完整案例
9.6.1重要說明
9.6.2帶有電流監視器的電機控製係統
9.7用FSM控製懸停式割草機
9.7.1係統描述和解決方案
9.8沒有輸入條件的狀態切換
9.9特例：微處理器地址空間響應
9.10運用米利（Mealy）型輸齣
9.10.1水箱水位控製係統的解決方案
9.11使用繼電器的電路
9.12事件觸發FSM裏競爭冒險的條件
9.12.1輸入信號之間的競爭
9.12.2二次狀態變量之間的競爭
9.12.3主要變量和二次變量之間的競爭
9.13用微處理器係統産生等待周期
9.14用異步FSM設計甩乾係統
9.15使用兩路分支要注意的問題
9.16小結
參考文獻
0章佩特裏（Petri）網絡
10.1簡易佩特裏網絡概述
10.2使用佩特裏網絡設計簡單時序邏輯
10.3並行佩特裏網絡
10.3.1另一個並行佩特裏網絡案例
10.4並行佩特裏網絡裏的同步傳輸
10.4.1弧綫的有效和失效
10.5用有效弧綫和失效弧綫同步兩個佩特裏網絡
10.6共享資源的控製
10.7二進製數據的串行接收器
10.7.1**個佩特裏網絡的公式
10.7.2**個佩特裏網絡輸齣公式
10.7.3主佩特裏網絡公式
10.7.4主網絡輸齣公式
10.7.5移位寄存器
10.7.6移位寄存器的公式
10.7.7 4位計數器
10.7.8數據鎖存器
10.8小結
參考文獻
附錄
附錄A本書所使用的邏輯門和布爾代數
A.1本書涉及的基本邏輯門符號和布爾代數錶達式
A.2異或門和同或門
A.3布爾代數法則
A.3.1基本或法則
A.3.2基本與法則
A.3.3結閤律和交換律
A.3.4分配律
A.3.5針對靜態邏輯1競爭冒險的輔助法則
A.3.6統一法則
A.3.7邏輯門裏信號的延遲效應
A.3.8De Morgan法則
A.4運用布爾代數的一些例子
A.4.1將與門和或門轉換成與非門
A.4.2將與門和或門轉換成或非門
A.4.3邏輯相鄰定律
A.5小結
附錄B計數器和移位寄存器電路設計方法
B.1同步二進製遞增或遞減計數器
B.2用T觸發器構建4位同步遞增計數器
B.3並行加載計數器：運用T觸發器
B.4在低成本PLD器件平颱上用D觸發器來構建並行加載計數器
B.5二進製遞增計數器：帶有並行輸入
B.6驅動計數器（包括FSM）的時鍾電路
B.7使用自由狀態設計計數器
B.8移位寄存器
B.9第4章裏的異步接收器
B.9.1異步接收器中用到的11位移位寄存器
B.9.2 4位計數器338
B.9.3第4章異步接收模塊的係統仿真
B.10小結
附錄C使用Verilog HDL仿真FSM
C.1概述
C.2單脈衝同步FSM設計：使用VerilogHDL仿真
C.2.1係統概述
C.2.2模塊框圖
C.2.3狀態圖
C.2.4狀態圖對應的公式
C.2.5Verilog描述代碼
C.3測試平颱和其存在的目的
C.4使用SynaptiCAD公司的VeriLoggerExtreme仿真器
C.5小結
附錄D運用Verilog行為模式構建FSM
D.1概述
D.2迴顧帶有指示功能的單脈衝/多脈衝發生器FSM
D.35.6節中存儲芯片測試係統
D.4小結

作者介紹

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文摘

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序言

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數字電路設計：原理、實現與前沿探索 本書是一部全麵深入探討數字電路設計理論與實踐的專著。它不僅為初學者提供瞭堅實的理論基礎，也為資深工程師提供瞭寶貴的參考。本書的特色在於，它將抽象的數字邏輯概念與具體的硬件實現緊密結閤，通過豐富的實例和清晰的講解，幫助讀者掌握從概念驗證到實際電路設計的全過程。 核心概念與理論基石 數字電路設計建立在一係列 fundamental 的理論之上。本書將從布爾代數這一數學語言入手，詳細闡述邏輯門（AND, OR, NOT, XOR等）的工作原理及其組閤和時序邏輯功能。讀者將學習如何將實際問題抽象為邏輯錶達式，並最終通過邏輯門電路來實現。 布爾代數與邏輯函數： 深入剖析布爾代數的公理、定理以及常用邏輯函數的錶示法（真值錶、卡諾圖、布爾錶達式）。理解這些基礎，是進行任何數字電路設計的第一步。 組閤邏輯電路： 學習設計各種組閤邏輯電路，如編碼器、譯碼器、多路選擇器、數據選擇器、加法器、減法器、比較器等。這些電路的輸齣僅取決於當前的輸入，是構成復雜數字係統的基本單元。 時序邏輯電路： 引入時鍾概念，講解觸發器（D觸發器、JK觸發器、T觸發器、SR觸發器）的工作原理和狀態轉移。在此基礎上，深入研究寄存器、計數器、移位寄存器等時序邏輯電路的設計。時序邏輯電路的輸齣不僅依賴於當前輸入，還依賴於其先前狀態，是實現存儲和狀態機的關鍵。 有限狀態機（Finite State Machine, FSM）： FSM是描述和設計同步時序電路的強大工具。本書將詳細介紹Moore型和Mealy型FSM的設計方法，包括狀態圖、狀態錶、狀態編碼以及狀態機的Verilog HDL實現。FSM在控製器設計、序列檢測、通信協議等領域有著廣泛的應用。 硬件描述語言（HDL）的實踐應用 在現代數字電路設計中，硬件描述語言（HDL）扮演著至關重要的角色。本書將以Verilog HDL為主要講解語言，這是目前工業界最廣泛使用的HDL之一。 Verilog HDL基礎： 講解Verilog HDL的語法、數據類型、運算符、行為描述語句（always塊、assign語句）以及結構描述語句。讀者將學會如何用Verilog HDL來描述邏輯門、組閤邏輯和時序邏輯電路。 模塊化設計與層次化結構： 強調模塊化設計的重要性，教會讀者如何創建可重用模塊，並通過實例化將它們組閤成復雜的係統。理解層次化設計有助於管理大型項目，提高設計效率和可維護性。 綜閤與仿真： 講解Verilog HDL代碼如何通過綜閤工具轉化為實際的門級網錶，以及仿真工具如何驗證設計的正確性。本書將提供詳細的仿真流程和技巧，幫助讀者快速定位和修復設計中的錯誤。 時序約束與時序分析： 在時序邏輯設計中，時序是關鍵。本書將深入探討時鍾域、建立時間（setup time）、保持時間（hold time）等概念，並介紹如何使用Verilog HDL進行時序約束以及如何解讀時序分析報告，以確保設計的時序性能滿足要求。 復雜數字係統設計實例 理論學習需要通過實踐來鞏固。本書將提供一係列從簡單到復雜的數字係統設計實例，覆蓋瞭數字電路設計的各個方麵。 微處理器核心部件設計： 例如， ALU（算術邏輯單元）、程序計數器、指令寄存器、數據通路的設計和Verilog HDL實現。 存儲器接口設計： 如SRAM、DRAM的讀寫時序控製器的設計。 通信接口模塊： UART（通用異步收發器）、SPI（串行外設接口）等標準通信協議接口的設計。 狀態機控製器： 例如，一個簡單的交通燈控製器，演示FSM在實際控製場景中的應用。 數模混閤電路接口： 介紹ADC（模數轉換器）和DAC（數模轉換器）的基本工作原理，以及如何利用HDL設計與之交互的接口邏輯。 高級主題與前沿探索 除瞭核心的數字電路設計技術，本書還將觸及一些更高級的主題和當前數字設計領域的熱點。 FPGA（現場可編程門陣列）與ASIC（專用集成電路）設計流程： 介紹這兩種主流的數字芯片實現方式，以及它們各自的設計流程、特點和應用場景。讀者將瞭解如何將HDL設計映射到FPGA平颱進行原型驗證，以及ASIC設計的關鍵考量。 低功耗設計技術： 隨著移動設備和物聯網的普及，低功耗設計變得越來越重要。本書將介紹門控時鍾、時鍾頻率縮放、電源門控等常見的低功耗設計策略。 信號完整性與電源完整性： 在高速數字設計中，信號和電源的完整性至關重要。本書將簡要介紹這些概念，以及可能導緻的問題和初步的解決方案。 驗證方法學： 強調驗證在芯片設計中的重要性，介紹常用的驗證技術，如覆蓋率驅動驗證、意圖驅動驗證等。 IP核（Intellectual Property Core）的使用與集成： 介紹IP核的概念，以及如何在SoC（System on Chip）設計中復用現有的IP核，提高設計效率。 係統級設計（System-Level Design）： 探討如何從係統層麵進行設計，例如使用C/C++或SystemC進行高層次抽象建模，並將其與HDL設計相結閤，實現早期的係統驗證和性能評估。 AI在數字設計中的應用趨勢： 簡要展望人工智能技術在設計自動化、驗證效率提升、新型架構探索等方麵的潛在應用。 學習方法與實踐建議 本書並非僅僅羅列理論知識，更注重培養讀者的工程實踐能力。 理論與實踐相結閤： 鼓勵讀者在學習理論的同時，動手進行Verilog HDL編碼和仿真。 使用EDA工具： 推薦使用主流的EDA（Electronic Design Automation）工具，如Xilinx Vivado, Intel Quartus, ModelSim/QuestaSim等，進行代碼編寫、仿真和綜閤。 從簡單到復雜： 循序漸進地學習，從基本的邏輯門和組閤邏輯開始，逐步過渡到復雜的時序邏輯和係統級設計。 注重調試能力： 強調調試的重要性，分享有效的調試技巧和方法，幫助讀者快速定位和解決設計中的問題。 參考業界標準： 鼓勵讀者查閱相關的IEEE標準和行業規範，瞭解行業最佳實踐。 目標讀者 本書適閤以下人群： 電子工程、計算機科學與技術、自動化等相關專業的本科生和研究生： 作為核心課程的參考教材或輔助讀物。 希望係統學習數字電路設計的初學者： 即使沒有相關背景，通過本書也能建立起紮實的知識體係。 從事數字電路設計、FPGA開發、ASIC設計的工程師： 作為進階學習、技術更新和問題解決的參考。 對數字係統原理和實現感興趣的愛好者： 能夠通過本書瞭解數字世界的奧秘。 結語 數字電路設計是一門兼具理論深度和實踐廣度的工程學科。本書旨在提供一個全麵、深入且與時俱進的學習平颱，幫助讀者掌握數字電路設計的核心技能，理解現代集成電路設計流程，並為未來在數字技術領域的創新和發展打下堅實的基礎。通過理論學習與動手實踐的有機結閤，讀者將能夠自信地駕馭從邏輯門到復雜SoC的各種數字電路設計挑戰。

評分☆☆☆☆☆

最近在準備一個重要的麵試，其中有一項硬性要求是熟練掌握數字電路設計，特彆是基於狀態機的邏輯實現。為瞭能通過麵試，我正在加緊學習和復習。在眾多的參考資料中，這本書以其明確的重點——FSM和Verilog HDL，立刻吸引瞭我的注意。我希望這本書能夠詳細介紹FSM的設計流程，從狀態定義、狀態圖繪製到狀態轉換錶的構建，再到最終的Verilog HDL代碼實現，能夠有一個完整的、循序漸進的講解。我特彆需要那種能夠帶著我一步步理解原理，並且通過清晰的Verilog代碼示例來印證理論的教學方式。這本書給我的感覺就是，它能夠填補我知識體係中的這些空白，讓我能夠自信地應對麵試官關於FSM設計的問題，並且能夠在實際問題中運用這些知識。

評分☆☆☆☆☆

作為一個有著多年硬件開發經驗的工程師，我一直在關注數字電路設計領域的前沿技術和經典方法。有限狀態機（FSM）作為數字係統控製邏輯的核心，其設計方法和實現效率直接影響著整個係統的性能。我之所以對這本《正版新書--基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計》産生濃厚的興趣，是因為它明確指齣瞭FSM和Verilog HDL相結閤的設計思路。在實際項目中，我們常常需要快速、準確地實現復雜的控製邏輯，而Verilog HDL的強大能力在這方麵發揮著至關重要的作用。我希望這本書能夠提供一些對現有設計流程的創新性思考，或者一些在實際應用中極具參考價值的案例研究。我也期待書中能夠深入探討FSM在不同應用場景下的優化策略，比如在功耗、麵積和時序方麵的權衡。總之，我希望能從這本書中汲取新的知識和靈感，進一步提升我的工程實踐能力。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在讀的電子工程專業的碩士研究生，之前在課程中接觸過數字電路和HDL，但總覺得掌握得不夠紮實，尤其是在設計一些復雜的時序邏輯電路時，常常會遇到瓶頸。我一直在尋找一本能夠係統性地梳理FSM設計方法，並結閤實際Verilog HDL代碼實現的高質量參考書。從這本書的標題和作者信息來看，這似乎是一本非常有分量的著作，由業內資深人士撰寫，質量應該有所保障。我對書中關於狀態編碼、狀態遷移以及輸齣邏輯設計的詳細闡述充滿瞭期待，希望能從中學習到更先進、更優化的設計技巧。同時，書中對Verilog HDL語言在FSM設計中的應用演示，我相信能幫助我進一步提升代碼的規範性和效率，減少潛在的邏輯錯誤。我已經迫不及待地想要一頭紮進書中，用它來指導我完成接下來的畢業設計項目，相信它會成為我學術研究和工程實踐中的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛踏入數字邏輯設計領域的初學者，我一直對如何將理論知識轉化為實際電路感到睏惑。市麵上充斥著各種教材，有的過於理論化，晦澀難懂，有的又過於淺顯，無法深入。在朋友的推薦下，我終於找到瞭這本《正版新書--基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計》。雖然我還沒來得及深入閱讀，但從其清晰的排版和章節目錄來看，它似乎非常有條理地將抽象的概念一步步具象化。我尤其期待書中關於有限狀態機（FSM）的講解，因為這是理解和設計復雜數字係統交互邏輯的關鍵。Verilog HDL作為業界主流的硬件描述語言，其在書中的應用也讓我充滿信心，希望能夠通過實例學習，快速掌握這門語言的精髓，並將其應用於實際的項目開發中。我深信，這本書將成為我學習數字電路設計道路上的一塊重要基石，幫助我打下堅實的基礎，開啓我通往數字世界的大門。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對集成電路設計充滿熱情的愛好者，我總是在尋找能夠提升我設計能力的工具和知識。有限狀態機（FSM）是構建復雜邏輯係統的基石，而Verilog HDL則是實現這些邏輯的利器。我一直對如何將抽象的控製流程轉化為高效、可靠的硬件代碼感到著迷。這本書的齣現，就像是為我提供瞭一把打開數字電路設計寶庫的金鑰匙。我期待它能夠帶領我深入理解FSM的各種設計模型，並能在Verilog HDL中遊刃有餘地實現它們。我希望通過閱讀這本書，不僅能學到理論知識，更能掌握實際的設計技巧，能夠獨立完成一些有趣的數字電路項目，比如設計一個簡單的遊戲機控製器，或者一個小型的數據處理器。我對這本書充滿期待，相信它能點燃我對數字設計更深層次的熱情。