數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉嵐，許建霞，周鵬，黃鞦元，陳適 著

圖書標籤:

• 數字電路
• FPGA
• 設計
• 實現
• VHDL
• Verilog
• 可編程邏輯
• 電子工程
• 基礎
• 教材
• 光盤

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111435242

版次：1

商品編碼：11624962

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十二五”電子信息類規劃教材

開本：16開

齣版時間：2015-01-01

用紙：膠版紙

頁數：186

字數：292000

正文語種：中文

附件：光盤

附件數量：1

內容簡介

　　FPGA是數字電路或係統設計的通用技術，利用FPGA芯片可以實現數字電路的各種功能。《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》較係統地介紹瞭基礎數字電路的FPGA設計與實現過程。全書共6章，主要內容包括：數字電路與FPGA技術概述，數字電路基礎單元的：FPGA實現，運算電路的FPGA實現，計數器的FPGA實現，存儲器的FPGA實現，接口電路的FPGA實現。《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》提供瞭較為豐富的FPGA實驗例程和設計例程，使讀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。
　　《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》中的所有例程均是在Xilinx11.1版本仿真環境下進行的，《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》所附的光盤為學習者提供瞭相應的程序和工程文件。
　　《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇）》深入淺齣，實例豐富，取材新穎，圖文並茂，敘述詳盡清晰，可作為電子信息類本科生和碩士研究生學習FPGA應用技術的教材，也可供從事電子電路係統設計的工程技術人員學習參考。

內頁插圖

目錄

序
前言
第1章 數字電路與FPGA技術概述
1.1 數字電路概述
1.1.1 數字電路的特點
1.1.2 數字電路的分類
1.1.3 數字邏輯電路設計中的重要問題
1.2 C語言與Verilog HDL的區彆與聯係
1.2.1 C語言與Verilog HDL的區彆
1.2.2 C語言與Verilog HDL的聯係
1.3 FPGA基本結構介紹
1.4 時序分析和約束條件
1.4.1 周期約束
1.4.2 偏移約束
1.4.3 分組約束
1.4.4 靜態路徑約束
1.5 ISE與ChipScope流程及其作用與含義
1.5.1 ISE使用流程
1.5.2 ChipScope使用流程
1.6 FPGA設計原則與技巧
1.6.1 FPGA設計的原則
1.6.2 FPGA設計的技巧

第2章 數字電路基礎單元的FPGA實現
2.1 組閤邏輯電路的FPGA實現
2.1.1 三態門
2.1.2 編碼器
2.1.3 譯碼器
2.1.4 數據選擇器
2.1.5 數值比較器
2.1.6 奇偶校驗器
小結
思考題
2.2 時序邏輯電路的FPGA實現
2.2.1 觸發器
2.2.2 鎖存器
2.2.3 寄存器
2.2.4 計數器
小結
思考題
2.3 狀態機設計實例
2.3.1 狀態機設計概述
2.3.2 序列檢測器-
2.3.3 串／並轉換器
小結
思考題

第3章 運算電路的PFGA實現
3.1 加法器
3.1.1 半加器和全加器
3.1.2 加法器的FPGA設計與實現
小結
思考題
3.2 乘法器
3.2.1 移位相加乘法器
3.2.2 查找錶乘法器
3.2.3 加法器樹乘法器
3.2.4 混閤型乘法器
小結
思考題
3.3 除法器
3.3.1 原碼除法運算原理
3.3.2 恢復餘數法除法器
小結
思考題

第4章 計數器的FPGA實現
4.1 分頻器
4.1.1 分頻器的實現方式
4.1.2 分頻器的FPGA設計與實現
小結
思考題
4.2 多功能數字鍾的設計
4.2.1 多功能數字鍾的組成
4.2.2 分模塊的F'PGA設計與實現
4.2.3 闆上調試過程
小結
思考題

第5章 存儲器的FPGA實現
5.1 異步FIFO存儲器
5.1.1 概述
5.1.2 異步FIFO存儲器的結構和應用
5.2 用Gray碼指針實現的異步FIFO存儲器
5.2.1 Gray碼
5.2.2 異步FIFO存儲器的實現方案
5.2.3 仿真驗證及闆上調試
小結
思考題

第6章 接口電路的FPGA實現
6.1 通用異步收發器
6.1.1 概述
6.1.2 采用移位寄存器實現uART的設計
6.1.3 采用計數器實現UART的設計
小結
思考題
6.2 SPI主控製器
6.2.1 SPI接口原理
6.2.2 SPI的電路設計
小結
思考題
6.3 I2C總綫
6.3.1 I2C總綫特點
6.3.2 I2C總綫的工作原理
6.3.3 I2C總綫控製器分模塊的設計
6.3.4 I2C總綫控製核的設計與實現
小結
思考題
參考文獻

前言/序言

《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》圖書簡介 內容梗概 本書是一本麵嚮初學者，係統介紹數字電路基礎知識以及如何使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）進行設計的入門級教材。全書共分為X個章節，內容循序漸進，理論講解與實踐操作相結閤，旨在幫助讀者快速掌握FPGA設計的核心理念和基本技能。 本書特色 理論紮實，由淺入深： 從最基本的數字邏輯門電路、組閤邏輯、時序邏輯講起，逐步深入到FPGA硬件架構、HDL（Hardware Description Language）語言（Verilog/VHDL）基礎、IP核的使用、仿真與調試等關鍵環節。每章內容都經過精心組織，確保概念的清晰度和邏輯的連貫性。 實戰導嚮，案例豐富： 書中穿插瞭大量經典的FPGA設計案例，例如：LED閃爍、按鍵消抖、數碼管顯示、簡單狀態機設計、UART通信接口等。這些案例均基於真實的FPGA開發闆進行驗證，讀者可以通過模仿和修改這些案例，加深對理論知識的理解，並逐步建立起獨立設計的能力。 HDL語言教學： 本書重點介紹Verilog HDL語言，這是目前FPGA設計中最常用的硬件描述語言之一。通過大量的代碼示例和講解，讀者將學會如何用HDL語言描述數字電路的功能，並將其映射到FPGA硬件。書中也會提及VHDL語言，為讀者提供更廣闊的學習視野。 開發工具介紹與使用： 書中將詳細介紹主流FPGA廠商（如Xilinx、Altera/Intel）提供的開發套件，包括集成開發環境（IDE）、綜閤工具、實現工具、仿真工具等。讀者將瞭解這些工具的基本操作流程，學會如何創建工程、編寫代碼、進行邏輯綜閤、布局布綫、下載程序以及進行仿真調試。 光盤資源，配套完善： 隨書附帶的光盤中包含瞭豐富的配套資源，例如：本書中所有案例的Verilog/VHDL源代碼、開發闆的硬件原理圖、常用IP核的庫文件、仿真波形文件、開發環境的試用版下載鏈接以及相關參考文檔等。這些資源將極大地便利讀者的學習和實踐。 麵嚮讀者： 本書適閤以下人群閱讀： 電子工程、計算機科學、自動化等相關專業的在校本科生、研究生。 希望跨入FPGA設計領域的技術人員和愛好者。 對數字電路設計有一定基礎，但希望學習FPGA實現方式的工程師。 需要快速掌握FPGA入門知識，以應用於實際項目開發的學習者。 內容細則 第一部分：數字電路基礎迴顧與FPGA入門 第一章：數字邏輯基礎 二進製、十進製、十六進製等數字係統。 邏輯門（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其真值錶和邏輯錶達式。 布爾代數及其化簡方法（卡諾圖）。 基本組閤邏輯電路：編碼器、譯碼器、多路選擇器、加法器、減法器等。 觸發器（SR, D, JK, T）的時序特性和狀態轉換。 基本時序邏輯電路：寄存器、計數器、移位寄存器等。 時鍾信號及其在數字電路中的作用。 時序分析基礎：建立時間、保持時間、時鍾偏移。 第二章：FPGA概述與開發流程 什麼是FPGA？與ASIC、CPLD等數字芯片的對比。 FPGA的基本結構：查找錶（LUT）、觸發器、布綫資源、I/O塊等。 FPGA的主要廠商及其産品綫介紹（Xilinx、Altera/Intel）。 FPGA的開發流程：設計輸入（HDL）、邏輯綜閤、邏輯實現（布局布綫）、仿真、下載與調試。 FPGA開發闆的介紹與選擇。 第三章：硬件描述語言（Verilog HDL）入門 Verilog HDL簡介及其特點。 Verilog的基本語法：模塊（module）、端口（port）、信號（wire, reg）、賦值（assign, always）。 數據類型與運算符。 行為級建模：`always`塊（`combinational`, `sequential`）、`if-else`, `case`語句。 結構級建模：實例化。 參數化設計。 簡單的Verilog代碼示例。 第二部分：FPGA設計實踐與進階 第四章：組閤邏輯電路的FPGA實現 如何使用Verilog描述組閤邏輯電路。 將邏輯門、布爾錶達式轉換為Verilog代碼。 實現加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器等。 通過仿真驗證設計的功能。 案例：BCD碼轉7段數碼管顯示控製器。 第五章：時序邏輯電路的FPGA實現 如何使用Verilog描述時序邏輯電路。 `reg`類型變量在時序邏輯中的作用。 狀態機的概念與設計方法（Moore, Mealy）。 實現寄存器、計數器（同步/異步，加/減）。 實現移位寄存器。 案例：LED流水燈控製器。 案例：按鍵消抖電路。 第六章：FPGA常用IP核的使用 什麼是IP核？IP核的優勢。 IP核的分類：功能IP、通用IP、專用IP。 如何調用和配置IP核（例如，時鍾管理器、DRAM控製器、UART控製器等）。 書中的光盤將提供一些常用的IP核示例。 第七章：仿真與調試 仿真在FPGA設計中的重要性。 創建仿真測試平颱（testbench）。 Verilog中的仿真控製語句（`initial`, `forever`, `$finish`等）。 使用仿真工具（如ModelSim, Vivado Simulator）進行仿真。 分析仿真波形，查找設計錯誤。 硬件調試基礎：使用邏輯分析儀，JTAG調試接口。 案例：對前麵設計的模塊進行仿真驗證。 第八章：FPGA開發工具鏈實戰 以主流FPGA開發闆為例，詳細介紹開發流程。 創建工程、添加源文件、設置約束文件（`.xdc`或`.ucf`）。 邏輯綜閤過程：理解綜閤報告。 布局布綫過程：理解實現報告。 生成配置文件（Bitstream）。 將配置文件下載到FPGA開發闆。 實操演示：將一個簡單設計的程序下載到開發闆並觀察現象。 第三部分：拓展與深入 第九章：簡單的通信接口設計 串行通信與並行通信。 UART（通用異步收發器）協議原理。 使用Verilog實現一個簡單的UART發送/接收模塊。 如何將UART模塊與PC進行通信（需要配閤PC端上位機軟件）。 案例：FPGA與PC的UART通信。 第十章：FPGA設計中的進階概念（初步介紹） 異步復位與同步復位。 時鍾域交叉問題。 低功耗設計入門。 資源共享與代碼優化。 本章將簡要介紹這些概念，為讀者後續深入學習打下基礎。 光盤內容預覽 全書所有Verilog/VHDL源代碼： 包含書中提及的所有設計案例，可直接用於學習、修改和擴展。 開發闆硬件原理圖： 方便讀者理解開發闆的硬件連接和資源分配。 常用IP核庫： 一些常用的IP核模塊，方便讀者快速集成。 開發工具下載鏈接及試用版： 指導讀者獲取和安裝所需的FPGA開發軟件。 仿真波形文件： 預先生成好的仿真波形，方便讀者對照學習。 參考文檔與教程： 推薦相關的在綫資源、官方文檔和進階教程。 結論 《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》是一本集理論、實踐、工具應用為一體的FPGA入門教材。本書內容豐富，結構清晰，案例實用，配套資源完善，是初學者踏入FPGA設計領域的理想選擇。通過本書的學習，讀者將能夠係統地掌握數字電路在FPGA上的設計原理和實現方法，為今後的深入學習和實際項目開發奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

拿到《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》這本書，我最先關注的就是它的實際操作性。作為一名渴望將理論知識轉化為動手能力的業餘愛好者，我非常看重教材能否提供詳實的工程案例和代碼示例。幸運的是，這本書在這方麵做得相當齣色。在基礎邏輯單元的講解之後，作者迅速引入瞭一些簡單的FPGA工程實例，例如LED閃爍、按鍵輸入檢測等。這些入門級的項目，雖然看似簡單，但卻包含瞭FPGA設計流程中的核心步驟：硬件描述語言（Verilog）的編寫、仿真驗證、綜閤以及下載到FPGA開發闆。書中對每個步驟的解釋都非常詳細，並且提供瞭可以直接運行的代碼，這對於初學者來說是巨大的福音。我特彆欣賞的是，作者並沒有迴避一些初學者在設計過程中可能遇到的常見問題，比如時序約束的設置、仿真與實際運行的差異等，並在書中給齣瞭相應的解決方案和注意事項。光盤中附帶的開發環境配置指南和不同FPGA廠商的開發工具簡介，也為我省去瞭不少摸索的時間。我迫不及待地想要動手實踐書中的每一個例子，相信通過這些實踐，我一定能快速掌握FPGA的基本設計方法，為後續更復雜的項目打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》這本書，給我最深刻的印象是它在概念上的嚴謹性和邏輯上的連貫性。作者在講解數字電路基礎知識時，並沒有跳躍式地進入FPGA設計，而是先花瞭相當大的篇幅來梳理和鞏固數字電路的基本概念，包括數製轉換、邏輯代數、組閤邏輯和時序邏輯等。這種紮實的鋪墊，讓我能夠更清晰地理解FPGA的設計原理是如何建立在這些基礎之上的。例如，在講解狀態機的設計時，作者先迴顧瞭有限狀態機的理論知識，然後纔逐步引齣如何在Verilog中描述狀態機，以及如何將其映射到FPGA上。這種層層遞進的方式，使得我能夠逐步消化吸收新的知識點，而不是被大量陌生的術語和概念所淹沒。書中對Verilog語言的講解也恰到好處，它並沒有一股腦地介紹所有的語法和特性，而是結閤FPGA設計的實際需求，重點講解瞭用於描述硬件行為的關鍵語句和結構。特彆是對並行性、時序和同步時鍾域等概念的闡述，為我理解FPGA的硬件實現特性打下瞭堅實的基礎。這本書就像一位循循善誘的老師，耐心地引導我一步步走進FPGA的世界。

評分☆☆☆☆☆

最近有幸拜讀瞭《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》這本書，總體感覺收益良多，特彆是作者在基礎概念的講解上，循序漸進，非常適閤我這種剛剛接觸FPGA的初學者。書中的理論部分並沒有一味地堆砌公式，而是通過大量的圖示和形象的比喻，將復雜的數字邏輯概念變得淺顯易懂。例如，在講解組閤邏輯電路時，作者用瞭幾個貼近生活中的例子，讓我能迅速理解邏輯門的工作原理，以及如何通過組閤邏輯實現簡單的功能。更讓我驚喜的是，書中對FPGA的架構和基本工作流程的介紹，也做得非常到位。它並沒有一開始就深入到復雜的IP核和高級設計方法，而是從最基本的原理齣發，讓我們瞭解FPGA是如何工作的，每個關鍵模塊的作用是什麼。這對於建立對FPGA的整體認知至關重要。這本書的另一個亮點是，它非常注重實踐。雖然我還沒有完全深入到書中的代碼實現環節，但從提供的示例代碼和工程結構來看，作者的設計思路非常清晰，遵循瞭良好的編程規範。而且，光盤中附帶的資源，如仿真波形、例程等，無疑會極大地加速我的學習進程，讓我能更快地將理論知識轉化為實際操作。總而言之，這本書為我打開瞭FPGA設計的大門，我期待著在接下來的閱讀中，能夠更加深入地掌握FPGA的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》這本書，以一種非常接地氣的方式，讓我這個對FPGA知之甚少的門外漢，逐漸窺見瞭其堂奧。作者的語言風格非常樸實，沒有過多的學術腔調，而是用一種更接近日常交流的方式來講解技術。例如，在解釋“時鍾”在FPGA中的作用時，作者並沒有僅僅引用時鍾周期的概念，而是用“指揮官”來比喻，生動地說明瞭時鍾如何協調整個芯片內部的信號流轉。這種生動的比喻，讓我這個理工科背景不深的人，也能輕鬆理解抽象的數字邏輯概念。書中對Verilog HDL的介紹，也同樣以實用為導嚮。它並沒有一開始就羅列大量的語法規則，而是結閤具體的FPGA設計場景，逐步引入必要的語言特性，比如如何描述端口、如何定義信號、如何實現邏輯門等。我尤其欣賞書中對“模塊化設計”和“可綜閤性”的強調。作者通過一些簡單的設計實例，演示瞭如何將復雜的邏輯分解為更小的、可管理的模塊，以及如何編寫能夠被FPGA綜閤工具正確轉換的代碼。光盤中的附帶資源，特彆是那些詳細的仿真和調試教程，對我來說是無價的。它讓我知道，理論學習之後，還有實際操作的路徑可以遵循，讓我對接下來的實踐充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀《數字電路的FPGA設計與實現（基礎篇 附光盤1張）》的過程中，我深刻體會到瞭作者在內容組織上的精心設計。這本書的結構安排非常閤理，從最基本的數字電路概念齣發，逐步過渡到FPGA的硬件描述語言和設計流程。我個人非常喜歡書中對“狀態機”這個重要概念的講解。作者並沒有僅僅給齣代碼，而是先從“有限狀態機”的原理入手，詳細闡述瞭狀態、輸入、輸齣和轉移之間的關係，並通過具體的例子（比如交通燈控製）來形象地說明。隨後，纔引導讀者如何使用Verilog來描述這種狀態機，並將其轉化為實際的FPGA硬件。這種從“是什麼”到“怎麼做”的講解方式，讓我對狀態機的理解更加透徹。此外，書中對FPGA開發闆的介紹和資源配置的指導也相當實用。光盤中提供的豐富資源，如各種IP核的示例、調試工具的使用教程等，極大地降低瞭初學者的入門門檻。我可以想象，通過學習這些內容，我不僅能夠理解FPGA的設計思想，更能快速上手進行實際的電路開發。這本書確實為我提供瞭一個係統學習FPGA的良好平颱。