基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計 9787111532927 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
• FSM
• Verilog HDL
• 狀態機
• 硬件描述語言
• 可編程邏輯器件
• FPGA
• 數字係統設計
• 電子工程
• 教材

店鋪： 中頤圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111532927

商品編碼：29658066492

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

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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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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：融閤硬件描述語言與狀態機原理》 內容概述： 本書深入探討瞭數字電路設計的核心理念與實踐方法，聚焦於如何利用可編程硬件描述語言（Verilog HDL）構建復雜、高效的數字係統。書中詳細闡述瞭有限狀態機（FSM）作為數字邏輯設計中一種通用且強大的建模工具，並將其與Verilog HDL的語法和設計流程相結閤，為讀者提供瞭一條清晰、係統化的數字電路設計路徑。本書旨在培養讀者紮實的理論基礎、熟練的Verilog HDL編程能力以及將抽象設計轉化為實際硬件的工程思維。 核心主題與章節解析： 本書共分為若乾部分，層層遞進，係統性地構建瞭讀者對數字電路設計的認知體係。 第一部分：數字電路設計基礎 數字邏輯基礎迴顧： 在進入復雜設計之前，本書首先迴顧瞭數字邏輯電路的基本概念，包括二進製數製、邏輯門（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）、布爾代數及其化簡方法、組閤邏輯電路（如加法器、減法器、譯碼器、多路選擇器、編碼器、比較器）和時序邏輯電路（如觸發器FF, Latch、寄存器、計數器、移位寄存器）的設計原理。這些基礎知識是理解後續高級主題的基石。 硬件描述語言（HDL）入門： 本部分詳細介紹瞭Verilog HDL的語言結構、數據類型、運算符、行為級建模、數據流建模和結構級建模等核心概念。通過實例，讀者將學習如何使用Verilog HDL來描述數字電路的功能，而不僅僅是其結構。重點在於理解HDL作為一種設計工具，而非簡單的編程語言，其核心在於描述硬件行為和結構。 Verilog HDL仿真與驗證： 軟件仿真在數字電路設計流程中占據至關重要的地位。本書將詳細講解如何編寫測試平颱（Testbench）來驗證Verilog HDL模塊的正確性。從簡單的激勵生成到復雜的時序約束，再到波形分析，讀者將掌握有效的仿真技巧，確保設計的功能符閤預期。 第二部分：有限狀態機（FSM）理論與實現 有限狀態機（FSM）概念詳解： 本部分將深入講解有限狀態機的理論基礎，包括狀態、輸入、輸齣、轉移條件和動作。本書將區分兩種主要類型的FSM：摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型，並詳細分析它們的異同點、適用場景以及各自的優缺點。讀者將學習如何通過狀態圖（State Diagram）和狀態轉移錶（State Transition Table）來直觀地描述FSM的行為。 FSM的設計流程： 如何將抽象的狀態轉移圖轉化為可綜閤的Verilog HDL代碼是FSM設計的關鍵。本書將詳細介紹FSM的設計流程，包括： 需求分析與狀態定義： 如何根據係統功能需求，閤理地劃分和定義FSM的狀態。 狀態編碼： 討論不同的狀態編碼方式（如二進製編碼、格雷碼、獨熱碼）及其對電路性能（如速度、功耗、麵積）的影響，並提供選擇編碼方式的指導原則。 狀態轉移邏輯設計： 如何根據狀態轉移錶，編寫Verilog HDL代碼來實現狀態寄存器和組閤邏輯（用於判斷下一個狀態和輸齣）。 輸齣邏輯設計： 分彆針對摩爾型和米利型FSM，詳細講解輸齣邏輯的設計方法。 FSM的Verilog HDL實現： 本部分將提供多種基於Verilog HDL實現FSM的方法，包括： 行為級建模： 使用`always`塊和`case`語句來描述狀態轉移和輸齣邏輯，這是最直觀、最常用的方法。 結構級建模： 通過實例化觸發器和組閤邏輯門來構建FSM，這種方法有助於深入理解硬件實現。 參數化設計： 學習如何利用Verilog HDL的參數化特性，創建可重用、靈活的狀態機模塊。 FSM的實際應用案例： 為瞭鞏固理論知識，本書將通過一係列典型的FSM應用案例，展示FSM在實際數字電路設計中的強大威力。這些案例可能包括： 序列檢測器： 設計一個能夠檢測特定輸入序列的狀態機。 交通燈控製器： 實現一個模擬真實交通信號燈的FSM。 鍵盤編碼器： 設計一個將鍵盤輸入轉換為ASCII碼的狀態機。 簡單的UART（通用異步收發器）接收/發送模塊： 構建一個能夠處理串行通信數據的FSM。 內存控製器： 設計一個管理內存讀寫操作的狀態機。 第三部分：進階數字電路設計與Verilog HDL技巧 組閤邏輯與時序邏輯的綜閤應用： 本部分將進一步探討如何將FSM與其他組閤邏輯和時序邏輯模塊相結閤，構建更復雜的數字係統。例如，如何將FSM與算術邏輯單元（ALU）、存儲器（RAM/ROM）等集成。 高級Verilog HDL特性： 介紹Verilog HDL中更高級的特性，如任務（Tasks）、函數（Functions）、任務塊（Fork-Join）、係統任務（System Tasks）等，以及它們在提高代碼可讀性、模塊化和仿真效率方麵的應用。 時序約束與時鍾域處理： 在實際的FPGA或ASIC設計中，時鍾是至關重要的。本書將講解時鍾的生成、分配，以及如何處理時鍾域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）問題，以避免亞穩態（Metastability）的發生。 綜閤與布局布綫基礎： 簡要介紹邏輯綜閤（Logic Synthesis）和布局布綫（Place and Route）的基本概念，以及它們如何將Verilog HDL代碼轉化為實際的門級網錶，並最終映射到目標硬件平颱。強調設計者在HDL代碼編寫時需要考慮綜閤器和工具的行為，以獲得最佳的硬件實現。 低功耗設計考慮： 探討在設計過程中如何考慮功耗問題，例如使用更高效的狀態編碼、優化邏輯路徑、引入門控時鍾（Clock Gating）技術等。 可測試性設計（DFT）入門： 簡要介紹可測試性設計的基本原理，例如如何通過添加掃描鏈（Scan Chain）等技術來提高芯片的可測試性，確保生産齣的芯片能夠被有效地檢測。 學習目標與讀者群體： 本書適閤以下讀者群體： 計算機科學與技術、電子工程、自動化等相關專業的本科生和研究生： 為他們提供堅實的數字電路設計理論和實踐基礎，為後續的專業學習和科研打下堅實基礎。 從事嵌入式係統開發、FPGA/ASIC設計的工程師： 幫助他們係統地學習和掌握利用FSM和Verilog HDL進行高效數字電路設計的技術，提升工程實踐能力。 對數字電路設計感興趣的愛好者和自學者： 提供一條係統化的學習路徑，使其能夠從零開始掌握數字電路設計方法。 本書的特色： 理論與實踐緊密結閤： 既有深入的理論講解，又有大量的Verilog HDL實例和應用案例，讓讀者在理解概念的同時，能夠快速上手實踐。 循序漸進的學習麯綫： 從基礎概念齣發，逐步深入到高級主題，確保讀者能夠逐步掌握復雜的知識。 強調工程思維： 不僅關注代碼的正確性，更注重設計的效率、可維護性和可測試性，培養讀者的工程意識。 采用行業標準語言： 聚焦於Verilog HDL，這是當前數字電路設計中最廣泛使用的硬件描述語言之一。 豐富多樣的案例分析： 通過真實的或具有代錶性的應用場景，生動地展示FSM和Verilog HDL的設計思想和實現技巧。 通過閱讀本書，讀者將能夠全麵掌握利用有限狀態機和Verilog HDL進行數字電路設計的方法，為開發高性能、高可靠性的數字係統打下堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格非常嚴謹，但又不失啓發性，它不是那種冷冰冰的說明書，更像是一次與頂尖專傢的深度對話。我特彆留意瞭它在處理異步邏輯和時序約束問題時的論述。在數字設計領域，很多“陷阱”都隱藏在對時序分析理解不透徹的地方，導緻看似簡單的小模塊卻成為整個係統不穩定的根源。這本書用非常精準的術語和精妙的圖示，闡述瞭如何通過結構化的設計方法來避免這些潛在的問題。它教會我的不是“記住這個寫法”，而是“理解這個寫法背後的物理意義”。對我個人而言，它極大地提升瞭我在設計復雜控製邏輯時的自信心，因為我知道自己所采用的設計範式是基於堅實的理論基礎和行業最佳實踐的，而不是憑感覺去試錯。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的篇幅不算短，內容密度也非常高，需要投入較多的時間和精力去消化吸收。但正是這份“厚重”，保證瞭它在數字係統設計領域的權威性。它的價值不僅體現在教授如何使用Verilog HDL來描述有限狀態機，更在於它在培養讀者的係統化思維能力。它促使我們思考：在資源受限的情況下，哪種狀態編碼方式最高效？在多任務並行處理中，如何設計一個健壯的仲裁器？這些都是在實際工程中會反復遇到的核心挑戰。這本書仿佛提供瞭一套完整的“工具箱”，裏麵裝滿瞭經過反復打磨、在各種復雜場景下都行之有效的數字設計“金鑰匙”。對於那些渴望從“代碼實現者”蛻變為“係統架構師”的專業人士來說，它絕對是一本值得反復研讀的案頭寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗非常流暢，它成功地架設瞭一條從抽象概念到具體硬件描述的完美橋梁。我記得我過去在學習復雜時序邏輯電路時，常常會陷入“畫圖容易，代碼難實現”的怪圈，狀態轉移圖畫得天花亂墜，但一到用Verilog HDL實現時，各種競態條件和時序問題就層齣不窮。這本書在講解狀態編碼和同步/異步復位邏輯的設計時，提供瞭大量經過實戰檢驗的範例代碼。這些代碼不僅僅是簡單的“能跑”就行，它們體現瞭高度的模塊化和可讀性，這對於團隊協作和後期維護至關重要。特彆是它對狀態機的不同抽象層次的描述，讓我對如何平衡設計復雜度與資源消耗有瞭更深刻的理解。我感覺作者仿佛是一位經驗豐富的老教授，耐心地為你剖析每一個設計決策背後的權衡利弊，而不是生硬地拋齣一個“最優解”。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛接觸FPGA設計不久的硬件工程師，我之前遇到最大的障礙就是如何將教科書上的理論知識轉化為能在闆卡上穩定運行的實際電路。這本書在這方麵的實用價值是無可替代的。它沒有停留在仿真層麵，而是深入探討瞭綜閤和布局布綫對FSM實現的影響。比如，它詳細分析瞭如何通過優化狀態寄存器的分配來減少關鍵路徑延遲，以及如何使用不同的時鍾域交叉策略來保證數據在不同模塊間安全傳輸。書中的每一個例子都配有清晰的波形圖和邏輯視圖，這使得原本枯燥的硬件描述語言學習過程變得可視化和直觀。讀完後，我立刻嘗試用書中的方法重構瞭我正在進行的一個項目中的狀態機模塊，結果發現邏輯清晰度大幅提升，仿真通過率也幾乎達到瞭100%，這種立竿見影的效果是很多理論書籍無法給予的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔卻又不失專業感，那種深邃的藍色調立刻抓住瞭我的眼球，讓人覺得這是一本可以深入鑽研的硬核技術書籍。我是在尋找一本能夠係統梳理數字電路設計理論，並且能夠將理論與實際硬件描述語言緊密結閤起來的教材時發現它的。初翻目錄，就能感受到作者的用心，它顯然不是那種浮於錶麵的介紹，而是直指數字係統核心——有限狀態機（FSM）的底層邏輯實現。很多市麵上的教材要麼過於側重理論的數學推導，讓人望而卻步，要麼就是隻停留在代碼的堆砌，缺乏對設計思想的深刻剖析。我尤其欣賞它在理論闡述上采取的循序漸進的策略，從最基本的邏輯門開始，逐步構建起復雜的狀態機模型，這對於像我這樣需要夯實基礎、同時又想掌握前沿設計方法的工程師來說，無疑是極佳的指引。光是看到“FSM”這個關鍵詞被如此清晰地置於核心地位，我就知道，這本書的深度絕對值得信賴。