數字電路與EDA實驗（任愛鋒） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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任愛鋒 著

圖書標籤:

• 數字電路
• EDA
• 實驗
• 任愛鋒
• 電子工程
• 高等教育
• 電路分析
• 數字邏輯
• Verilog
• FPGA

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560645476

版次：1

商品編碼：12162691

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-08-01

用紙：膠版紙

內容簡介

　　本書基於颱灣友晶科技DE0開發闆實驗平颱，介紹瞭Altera Quartus Ⅱ EDA軟件及Nios Ⅱ EDS嵌入式設計軟件的基本應用。全書共6章：第1章介紹瞭颱灣友晶科技DE0開發闆、硬件描述語言及基本的EDA設計方法及相關工具軟件；第2章介紹瞭基於FPGA的嵌入式開發工具Nios Ⅱ-Eclipse，並給齣瞭詳細的設計實例；第3章為EDA初級實驗項目及其實現方法；第4章為EDA中級實驗項目及其實現方法；第5章為EDA提高實驗項目及其實現方法；第6章為EDA實驗項目推薦等。

　　本書對於EDA技術的介紹比較全麵，結構安排由淺入深，可作為電子工程、通信工程、自動控製、電子科學與技術、電氣信息工程、微電子等專業專科、本科及研究生數字電路與EDA相關課程的實驗教材及課程設計的參考書，還可作為電子類設計大賽學生的設計參考書，或相關工程技術人員的參考書。

目錄

第1章 EDA硬件開發平颱與開發工具
1.1 硬件開發平颱簡介
1.1.1 Cyclone Ⅲ FPGA簡介
1.1.2 颱灣友晶科技DE0 FPGA開發闆
1.1.3 颱灣友晶科技DE0開發闆的應用
1.2 硬件描述語言
1.2.1 VHDL簡介
1.2.2 Verilog HDL關鍵語法
1.2.3 HDL的編程技術
1.3 Quartus Ⅱ 13.0 EDA軟件應用
1.3.1 創建新工程
1.3.2 建立原理圖編輯文件
1.3.3 建立文本編輯文件
1.3.4 建立存儲器編輯文件
1.3.5 設計實例
1.3.6 項目綜閤
1.3.7 Quartus Ⅱ編譯器選項設置
1.3.8 引腳分配
1.3.9 項目編譯結果分析
1.3.10 項目程序下載編程
1.4 ModelSim-Altera 10.1d簡介
1.4.1 ModelSim軟件架構
1.4.2 ModelSim軟件仿真應用實例
1.5 FPGA調試工具SignalTap Ⅱ應用
1.5.1 在設計中嵌入SignalTap Ⅱ邏輯分析儀
1.5.2 使用SignalTap Ⅱ進行編程調試
1.5.3 查看SignalTap Ⅱ調試波形

第2章 基於FPGA的嵌入式開發工具
2.1 Qsys係統開發工具
2.1.1 Qsys與SOPC簡介
2.1.2 Qsys係統主要界麵
2.2 Nios Ⅱ嵌入式軟核及開發工具介紹
2.2.1 Nios Ⅱ嵌入式處理器
2.2.2 Nios Ⅱ嵌入式處理器軟硬件開發流程
2.3 FPGA嵌入式係統設計實例
2.3.1 實例係統軟硬件需求分析與設計規劃
2.3.2 實例係統硬件部分設計
2.3.3 實例係統Nios Ⅱ嵌入式軟件設計

第3章 EDA初級實驗
3.1 流水燈實驗
3.1.1 實驗要求
3.1.2 實驗基本要求的設計示例
3.2 計時器實驗
3.2.1 實驗要求
3.2.2 實驗基本要求的設計示例
3.3 單穩態觸發器實驗
3.3.1 實驗要求
3.3.2 實驗基本要求的設計示例
3.4 脈寬調製（PWM）實驗
3.4.1 實驗要求
3.4.2 實驗基本要求的設計示例
3.5 直接數字頻率閤成（DDS）波形發生器實驗
3.5.1 實驗要求
3.5.2 實驗基本要求的設計示例

第4章 EDA中級實驗
4.1 呼吸流水燈實驗
4.1.1 實驗要求
4.1.2 實驗基本要求的設計示例
4.2 通用異步串行收發（UART）實驗
4.2.1 實驗要求
4.2.2 實驗基本要求的設計示例

第5章 EDA提高實驗
5.1 VGA視頻信號産生實驗
5.1.1 設計原理
5.1.2 VGA同步信號産生
5.1.3 字符的視頻顯示設計
5.1.4 跳動的矩形塊視頻顯示設計
5.2 Qsys用戶自定製外設實驗
5.2.1 Qsys用戶自定製元件說明
5.2.2 Qsys自定義資源庫組件實例-DDS信號産生模塊
5.3 PS/2鍵盤接口的FPGA設計
5.3.1 PS/2連接器接口
5.3.2 鍵盤掃描編碼介紹
5.3.3 PS/2串行數據傳輸
5.3.4 用FPGA實現PS/2鍵盤接口通信的VHDL設計
5.3.5 PS/2設計實例

第6章 EDA實驗項目推薦
6.1 自動售貨機控製係統設計
6.1.1 設計要求
6.1.2 設計分析
6.2 PS/2鍵盤接口控製器設計
6.2.1 設計要求
6.2.2 設計分析
6.3 VGA圖像顯示控製係統設計
6.3.1 設計要求
6.3.2 設計分析
6.4 基於FPGA的電梯控製係統設計
6.4.1 設計要求
6.4.2 設計分析
6.5 洗衣機洗滌控製係統設計
6.5.1 設計要求
6.5.2 設計分析
6.6 基於FPGA的多路數據采集係統設計
6.6.1 設計要求
6.6.2 設計分析
6.7 綜閤設計報告參考格式
6.7.1 報告封麵格式
6.7.2 報告正文格式
6.7.3 報告附錄格式
6.7.4 報告的其他部分格式
附錄
附錄1 Verilog HDL中常用運算符
附錄2 VHDL中常用運算符
附錄3 DE0開發闆引腳分配錶
附錄4 DE0開發闆原理圖
參考文獻

前言/序言

　　西安電子科技大學國傢電工電子教學基地（國傢級教學實驗中心）EDA實驗室創建於1997年，在創建之初就得到瞭Altera公司、Xilinx公司等可編程器件廠商的大力支持。為瞭適應新技術的發展，2006年EDA實驗室正式掛牌為“西電—AlteraEDA/SOPC聯閤實驗室及培訓中心”，EDA實驗室的校級選修課“高密度在係統可編程技術及應用”課程作為電子工程學院所有專業學生的必修課，更名為“數字電路與EDA實驗”。每年有上韆名學生在EDA實驗室學習FPGA設計技術，有近10位教師負責不同專業學生的授課。經過多年的授課實踐及教學討論，為瞭進一步規範該課程的教學內容，我們特編寫瞭本書。本書也是學校教材立項重點建設教材。

　　本書內容編排如下：

　　第1章介紹瞭EDA設計的硬件開發平颱與開發工具。本書所有設計實例工程都基於颱灣友晶科技的DE0開發闆，因此本章介紹瞭DE0開發闆的主要資源及CylconeⅢFPGA。本章還介紹瞭VHDL和Verilog基本編程結構和語法，QuartusⅡEDA軟件的完整設計過程，並給齣瞭一個完整的DDS信號發生器設計實例。ModelSim-Altera仿真工具以及SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀FPGA調試工具也在本章中給齣瞭簡單的介紹。第2章介紹瞭基於FPGA的嵌入式開發工具，包括Qsys係統綜閤工具，NiosⅡ嵌入式軟核及其開發軟件NiosⅡ-Eclipse，最後給齣瞭一個完整的基於NiosⅡ控製的DDS信號發生器實例。第3章為EDA初級實驗，給齣瞭5個完整的實驗設計。第4章為EDA中級實驗，給齣瞭2個完整的中級難度實驗。第5章為EDA提高實驗，給齣瞭3個具有一定難度的設計實驗。第6章給齣瞭6個推薦的EDA實驗項目，其中隻給齣瞭設計要求及簡單的設計分析；同時給齣瞭EDA綜閤設計報告的參考格式，供讀者在編寫綜閤設計報告時參考。附錄部分給齣瞭VHDL和Verilog編程中常用的邏輯符號，以及颱灣友晶科技DE0開發闆的FPGA引腳分配錶和原理圖。本書中DDS設計實例貫穿始終，從最基本的DDS信號産生原理圖設計到作為軟核NiosⅡ處理器外設的Qsys自定製外設控製，讀者可以根據實例體會整個AlteraEDA工具的設計思想和流程。

　　任愛鋒編寫瞭本書的第1、2、5、6章和附錄，並負責統籌全稿；袁曉光編寫瞭第3、4章。西安電子科技大學的孫肖子教授在百忙之中審閱瞭全書並提齣瞭許多寶貴的建議和修改意見，在此錶示誠摯的謝意。此外，實驗中心的王爽教授、周佳社教授對本書的編排給予瞭大力支持和幫助，在此一並錶示感謝。

　　由於編者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請讀者批評指正。

　　編者

　　2017年3月15日

《精通數字邏輯設計：理論、工具與實踐》 內容概述： 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的數字邏輯設計學習體驗，涵蓋從最基礎的布爾代數原理到復雜的現場可編程門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）設計流程。全書圍繞“理論、工具與實踐”三個核心維度展開，力求打通理論知識與工程實踐之間的鴻溝，幫助讀者掌握現代數字電路設計所需的關鍵技能。 第一部分：數字邏輯設計基礎理論 本部分將係統梳理數字邏輯設計的基石，為後續深入學習奠定堅實的基礎。 緒論： 介紹數字電路的起源、發展曆程及其在現代科技中的重要地位。闡述數字邏輯設計的核心思想，即用離散的、有限的狀態來錶示和處理信息，並展望未來數字電路設計的趨勢。 數製與編碼： 詳細講解二進製、十進製、十六進製等常用數製及其相互轉換。深入探討各種編碼方式，包括格雷碼、BCD碼、ASCII碼等，以及它們在數據錶示中的應用。 布爾代數與邏輯門： 這是數字邏輯設計的核心。我們將從布爾代數的基本公理和定理入手，講解邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯與非、邏輯或非、異或等基本邏輯運算。在此基礎上，詳細介紹基本邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的功能、真值錶、邏輯符號和集成電路實現。 組閤邏輯電路設計： 學習如何使用卡諾圖（Karnaugh Map）、布爾代數化簡法等方法來優化和簡化邏輯函數。掌握組閤邏輯電路的基本構建模塊，如加法器（半加器、全加器）、減法器、比較器、編碼器、譯碼器、數據選擇器（Multiplexer）、數據分配器（Demultiplexer）等，並深入分析它們的設計原理和應用場景。 時序邏輯電路設計： 引入時間維度的概念，講解觸發器（Flip-Flop）的基本原理，包括SR觸發器、JK觸發器、D觸發器、T觸發器，以及它們的時鍾控製、狀態轉移圖和時序圖。在此基礎上，設計和分析寄存器（Register）、移位寄存器（Shift Register）、計數器（Counter，如同步計數器、異步計數器、環形計數器、約翰遜計數器）等基本時序電路。 有限狀態機（FSM）設計： 學習如何使用摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型有限狀態機模型來描述和設計復雜的控製器。掌握狀態圖、狀態錶和狀態編碼的設計方法，並將其應用於實際的控製邏輯設計中。 半導體存儲器： 介紹存儲器的基本概念，包括隨機存取存儲器（RAM）和隻讀存儲器（ROM）。深入講解SRAM、DRAM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory等不同類型的存儲器的工作原理、結構和應用。 數字電路時序分析： 講解時鍾信號、時鍾頻率、時鍾周期、建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）等關鍵時序參數。分析亞穩態（Metastability）的産生原因及其解決方法。理解時序約束在實際電路設計中的重要性。 第二部分：EDA工具與硬件描述語言（HDL） 本部分將聚焦於現代數字電路設計中不可或缺的電子設計自動化（EDA）工具和硬件描述語言（HDL）。 EDA工具概述： 介紹EDA工具在數字設計流程中的作用，包括仿真、綜閤、布局布綫、驗證等關鍵環節。詳細介紹常用的EDA工具套件，如Xilinx Vivado、Intel Quartus Prime等，以及它們提供的功能模塊。 Verilog HDL入門： 學習Verilog HDL的基本語法和設計結構。掌握模塊（Module）的定義、端口（Port）聲明、信號（Wire, Reg）類型、運算符、賦值語句（Blocking, Non-blocking）、條件語句（if-else, case）、循環語句（for, while）等。 Verilog HDL高級應用： 學習如何使用Verilog HDL描述組閤邏輯和時序邏輯電路。掌握生成器（Generate）語句、任務（Task）和函數（Function）的使用。深入理解如何通過Verilog HDL模型進行行為級仿真，驗證設計的功能正確性。 VHDL入門（可選/對比）： （若篇幅允許或為提供更廣闊視野）簡要介紹VHDL語言的特點和基本語法，與Verilog HDL進行對比，說明兩種語言在設計風格上的差異及其適用場景。 邏輯綜閤： 講解邏輯綜閤的概念和目標，即將HDL代碼轉換為門級網錶（Netlist）。介紹綜閤工具的工作原理，以及如何優化綜閤結果以滿足時序、麵積和功耗等約束。 仿真與驗證： 強調仿真在數字設計流程中的關鍵作用。學習如何編寫測試平颱（Testbench）來激勵被測設計（DUT）並檢查其輸齣。介紹不同類型的仿真，如行為級仿真、門級仿真。講解覆蓋率（Coverage）的概念及其重要性。 第三部分：FPGA與ASIC設計實踐 本部分將引導讀者將理論知識和EDA工具的應用轉化為實際的硬件設計。 FPGA體係結構與工作原理： 介紹FPGA（現場可編程門陣列）的基本結構，包括查找錶（LUT）、觸發器、可編程互連資源、DSP塊、Block RAM等。講解FPGA的工作流程，即從HDL代碼到最終在FPGA芯片上實現的過程。 FPGA設計流程： 詳細講解使用EDA工具進行FPGA設計的完整流程，包括項目創建、HDL代碼編寫、仿真驗證、綜閤、適配（Place & Route）、時序分析、比特流生成以及下載到FPGA闆進行硬件調試。 常用FPGA設計實例： 通過一係列具體實例，指導讀者動手實踐。例如： LED閃爍控製：實現簡單的時序控製，學習基本IO操作。 按鍵消抖與狀態機控製：設計帶有輸入處理和狀態切換的復雜控製器。 UART串口通信：實現數據串行傳輸，學習協議的實現。 SPI/I2C總綫接口：掌握與外部器件的通信接口設計。 簡單CPU核的設計與實現（可選，根據篇幅和難度）：引導讀者理解CPU的基本結構和指令執行流程。 ASIC設計流程簡介（對比FPGA）： 簡要介紹ASIC（專用集成電路）的設計流程，包括前端設計（RTL設計、仿真、綜閤）和後端設計（物理綜閤、布局布綫、版圖設計、製造）。對比FPGA和ASIC在設計成本、性能、功耗、靈活性等方麵的優劣，幫助讀者理解何時選擇哪種設計方案。 調試與優化： 講解在硬件實現過程中遇到的常見問題，如時序違例、邏輯錯誤、功耗過高等，並提供相應的調試方法和優化策略。介紹闆級調試工具，如邏輯分析儀、示波器在硬件驗證中的應用。 高級主題（可選）： 根據讀者的需求和興趣，可拓展介紹一些高級主題，例如： 低功耗設計技術。 時鍾管理和PLL/MMCM的使用。 中斷控製器設計。 IP核的使用和設計。 SoC（System-on-Chip）設計概念。 本書特點： 理論與實踐緊密結閤： 每一章的理論講解都配以相應的EDA工具操作指南和實例，確保讀者在學習理論的同時，能夠立即動手實踐，加深理解。 循序漸進的學習路徑： 從基礎概念入手，逐步深入到復雜的係統設計，適閤不同層次的讀者。 強調動手能力培養： 提供大量設計實例，鼓勵讀者通過編寫HDL代碼、運行仿真、實現硬件等方式，真正掌握數字邏輯設計的技能。 覆蓋現代設計流程： 重點介紹以HDL為中心的EDA工具鏈，使讀者能夠快速適應當前數字電路設計的行業標準。 注重工程思維： 強調設計中的權衡，如性能與功耗、麵積與速度的摺衷，培養讀者的工程實踐能力。 目標讀者： 本書適閤於高等院校電子工程、計算機科學、自動化等相關專業的本科生、研究生，以及從事數字電路設計、FPGA開發、ASIC設計的工程師和技術愛好者。對於希望係統學習數字邏輯設計理論和實踐技能的初學者，本書也將是一個理想的學習資源。 閱讀本書，您將能夠： 深刻理解數字邏輯電路的基本原理。 熟練掌握Verilog HDL等硬件描述語言。 掌握使用主流EDA工具進行數字電路設計、仿真和驗證的方法。 獨立完成中小型FPGA設計項目。 為進一步學習更復雜的數字係統設計打下堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

我認為這本書在引導讀者進行實踐探索方麵做得非常齣色。它不僅僅是一本知識的傳授者，更像是一位耐心細緻的引路人。在每一個實驗的結尾，作者都會提齣一些開放性的問題，引導讀者去思考如何改進設計、如何優化性能，甚至是如何將所學的知識應用到更復雜的實際問題中。這種循循善誘的學習方式，能夠激發讀者的主動性和創造性，讓我不僅僅是被動地接受知識，而是主動地去探索和發現。我相信，通過這本書的學習，我將能夠建立起紮實的數字電路設計基礎，並為將來的深入學習打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書在理論講解的深度上，恰到好處地平衡瞭廣度和易懂性。它沒有一味追求晦澀難懂的理論推導，而是將重點放在瞭概念的理解和實際應用上。對於一些關鍵的理論點，作者會提供必要的背景知識和推導過程，但不會讓讀者迷失在復雜的數學公式中。相反，作者更傾嚮於引導讀者去思考這些理論如何映射到實際的電路設計中。我特彆喜歡作者在介紹組閤邏輯和時序邏輯時，所舉的那些生活化的例子，比如交通信號燈、電子時鍾等，這些例子不僅幫助我快速建立起感性認識，也讓我看到瞭數字電路在現實世界中的廣泛應用。

評分☆☆☆☆☆

書中的插圖和圖示設計得非常精美，簡潔明瞭，而且準確地反映瞭電路的結構和信號的流嚮。這些圖示並非簡單的示意圖，而是經過精心繪製，能夠清晰地展示齣元器件的連接方式、信號的傳播路徑以及時序關係。在學習邏輯門和組閤邏輯時，每一個圖示都清晰地勾勒齣瞭電路的邏輯功能；而在學習時序邏輯時，波形圖的繪製更是將信號的時序變化展現得淋灕盡緻，這對於理解時鍾信號、觸發器的工作原理以及狀態機的轉移過程非常有幫助。這些高質量的圖示極大地提升瞭我的閱讀體驗，也幫助我更直觀地理解瞭復雜的概念。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，配色沉穩，給人一種專業且可靠的感覺。初次翻開，撲麵而來的是清晰的排版和規範的術語，這對於我這樣初次接觸數字電路設計的讀者來說，無疑是極大的福音。在閱讀的過程中，我發現作者在講解基本概念時，循序漸進，邏輯嚴謹，絲毫沒有囫圇吞棗的感覺。無論是布爾代數的基礎運算，還是邏輯門電路的原理，亦或是時序邏輯電路的復雜結構，作者都用非常形象的比喻和貼切的例子來輔助理解，讓那些抽象的概念變得生動具體。例如，在講解觸發器時，作者將其比作一個“記憶開關”，形象地描繪瞭其狀態保持的特性，這比單純的文字描述要容易得多。

評分☆☆☆☆☆

對於實驗部分，我更是充滿瞭期待。雖然我還沒有真正動手操作，但從實驗指導的描述來看，其設計思路十分清晰，而且充分考慮到瞭初學者的實際操作能力。每一個實驗都圍繞著特定的數字邏輯功能展開，從最簡單的門電路組閤，到稍微復雜的狀態機設計，都提供瞭詳細的步驟和預期的結果。更重要的是，作者還提供瞭對實驗結果的分析和討論，這對於我理解實驗的意義、發現潛在問題以及鞏固所學知識至關重要。我尤其欣賞的是，書中對EDA工具的使用也進行瞭初步的介紹，這無疑為我將來進行更復雜的項目設計打下瞭良好的基礎，讓我對未來的學習充滿瞭信心。