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Volnei A. Pedroni沃爾尼 A. 佩 著

圖書標籤:

• VHDL
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• 電子工程
• 教材
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店鋪： 獨峰書院圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121186721

商品編碼：28279790528

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

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基本信息

書名：VHDL數字電路設計教程

定價：35.00元

作者：Volnei A. Pedroni(沃爾尼 A. 佩德羅尼)

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787121186721

字數：441000

頁碼：300

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

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內容提要

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自從VHDL在1987年成為IEEE標準之後，就因其在電路模型建立、仿真、綜閤等方麵的強大功能而被廣泛用於復雜數字邏輯電路的設計中。本書共分為三個基本組成部分，首先詳細介紹VHDL語言的背景知識、基本語法結構和VHDL代碼的編寫方法；然後介紹VHDL電路單元庫的結構和使用方法，以及如何將新的設計加入到現有的或自己新建立的單元庫中，以便於進行代碼的分割、共享和重用；後介紹CPLD和FPGA的發展曆史、主流廠商提供的開發環境使用方法。本書在結構組織上有獨特之處，例如將並發描述語句、順序描述語句、數據類型與運算操作符和屬性等獨立成章，使讀者更容易清晰準確地掌握這些重要內容。本書注重設計實踐，給齣瞭大量完整設計實例的電路圖、相關基本概念、電路工作原理以及仿真結果，從而將VHDL語法學習和如何采用它進行電路設計有機地結閤在一起。

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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VHDL數字電路設計：從入門到精通 探尋數字世界的設計奧秘，掌握高效硬件實現的關鍵技藝。 本書是一本全麵、深入探討 VHDL 語言及其在數字電路設計中應用的權威著作。無論您是初次接觸數字電路設計的新手，還是希望精進 VHDL 技能的資深工程師，本書都將為您提供一條清晰的學習路徑，助您掌握從概念到實際硬件實現的完整流程。我們不僅僅是介紹 VHDL 語法，更側重於培養您的設計思維和工程實踐能力。 第一部分：VHDL 語言基礎與核心概念 本部分將帶領您從零開始，係統性地學習 VHDL 語言的核心要素。我們將循序漸進，確保您對每個概念都有紮實的理解，為後續更復雜的數字電路設計打下堅實基礎。 數字電路設計概述： 在深入 VHDL 之前，我們會簡要迴顧數字電路設計的基本原理，包括數字信號、邏輯門、時序邏輯與組閤邏輯等概念，幫助您建立對數字世界的基本認知。 VHDL 語言概覽： 介紹 VHDL 的曆史、發展及其在現代數字設計中的重要地位。我們將解釋 VHDL 的主要特點，如其支持行為級、寄存器傳輸級和結構級描述，以及其在可綜閤性方麵的優勢。 VHDL 程序結構： 詳細解析 VHDL 程序的構成，包括庫 (`library`)、包 (`package`)、實體 (`entity`)、架構 (`architecture`) 等關鍵組成部分。您將學習如何正確組織您的 VHDL 代碼，使其易於理解和維護。 數據類型與運算符： 深入探討 VHDL 中豐富的數據類型，包括標準邏輯類型 (`std_logic`, `std_logic_vector`)、數值類型 (`integer`, `real`, `boolean`)、枚舉類型 (`enumeration`) 等。您將學習如何使用各種邏輯運算符、算術運算符和關係運算符來處理和轉換數據。 信號、變量與常量： 區分信號 (`signal`)、變量 (`variable`) 和常量 (`constant`) 的作用域、生命周期和賦值方式，並理解它們在不同設計場景下的應用。 並發語句與順序語句： 掌握 VHDL 的並發性，理解進程 (`process`)、並發斷言 (`concurrent assertion`)、緩衝器 (`buffer`) 等並發語句的工作機製。同時，學習順序語句，如賦值語句、條件語句 (`if-then-else`, `case`) 和循環語句 (`for`, `while`)，如何在進程內部實現時序邏輯。 組件實例化與端口映射： 學習如何使用組件 (`component`) 來模塊化您的設計，並通過端口映射 (`port map`) 將組件連接起來，構建復雜的數字係統。 屬性與約束： 介紹 VHDL 的屬性 (`attribute`)，如 `length`、`left`、`right` 等，它們能夠提供關於信號和類型的額外信息。學習如何使用約束 (`constraint`) 來定義數據類型的範圍，提高代碼的健壯性。 生成語句 (`generate`)： 掌握 `generate` 語句，用於根據條件或參數生成重復的代碼塊，極大地簡化瞭具有規律性結構的數字電路的設計。 第二部分：數字電路設計模式與 VHDL 實現 在掌握瞭 VHDL 的基本語法之後，本部分將重點關注常見的數字電路設計模式，並展示如何使用 VHDL 來高效地實現這些模式。通過大量的實例和詳細的解釋，您將能夠將 VHDL 的理論知識轉化為實際可用的設計。 組閤邏輯電路設計： 基本邏輯門： 從最基本的 `AND`、`OR`、`NOT`、`XOR` 等邏輯門開始，展示如何用 VHDL 描述它們。 多路選擇器 (`Multiplexer`)： 設計和實現各種位寬的選擇器，以及如何使用 `with-select` 語句或 `case` 語句來簡化其描述。 譯碼器 (`Decoder`) 和編碼器 (`Encoder`)： 學習如何設計通用的譯碼器和編碼器，並理解它們在地址解碼、狀態機控製等方麵的應用。 加法器 (`Adder`)、減法器 (`Subtractor`) 和比較器 (`Comparator`)： 實現不同位寬的算術單元，包括全加器、半加器、進位預測加法器等，並學習如何設計高效的比較器。 邏輯函數實現： 學習如何將復雜的布爾錶達式轉化為 VHDL 代碼，並利用卡諾圖、Quine-McCluskey 等簡化方法來優化邏輯。 時序邏輯電路設計： 觸發器 (`Flip-flop`)： 詳細講解 D 觸發器、JK 觸發器、T 觸發器等基本存儲單元的設計，包括同步和異步復位、置位等控製信號的處理。 寄存器 (`Register`)： 設計和實現各種類型的寄存器，如移位寄存器、並行加載寄存器等。 計數器 (`Counter`)： 分步講解同步計數器、異步計數器、可預置計數器、模 N 計數器等的設計，並討論狀態機在計數器設計中的應用。 狀態機 (`Finite State Machine`, FSM)： 摩爾型 (`Moore`) 和米利型 (`Mealy`) 狀態機： 深入理解兩種狀態機的區彆和聯係，並學習它們的 VHDL 實現方法。 狀態編碼： 探討不同的狀態編碼方式（如獨熱碼、二進製碼）對電路性能和資源占用的影響。 狀態機設計流程： 從狀態轉換圖到 VHDL 代碼的完整設計流程。 狀態機優化與綜閤： 學習如何優化狀態機以獲得更優化的硬件實現。 同步設計原則： 強調同步時鍾域的重要性，講解時鍾、復位信號的設計，以及如何避免亞穩態等問題。 異步電路設計簡介： 簡要介紹異步電路的基本概念和設計挑戰，以及在特定場景下的應用。 第三部分：高級 VHDL 設計技術與工程實踐 本部分將超越基礎，引導您掌握更高級的 VHDL 設計技巧，並結閤實際工程經驗，幫助您構建更復雜、更可靠、更高效的數字係統。 IP 核的使用與接口設計： 學習如何調用和集成預先設計的 IP 核（如 FIFO、RAM、ROM、PLL 等），並理解常用的總綫接口協議，如 AXI、AHB 等，以及如何在 VHDL 中進行接口匹配。 測試平颱 (`Testbench`) 設計： 掌握 VHDL 測試平颱的設計方法，學習如何編寫有效的激勵信號、監視輸齣信號，以及進行仿真調試，確保設計的正確性。 時序約束 (`Timing Constraints`) 與時序分析： 理解時序約束在 FPGA/ASIC 設計流程中的重要性，學習如何定義時鍾周期、輸入/輸齣延遲等約束，並瞭解如何使用綜閤與布局布綫工具進行時序分析。 代碼優化與綜閤技巧： 可綜閤性 VHDL： 學習哪些 VHDL 結構可被綜閤器正確翻譯成硬件，哪些需要避免。 邏輯優化： 探討通過 VHDL 代碼結構調整來優化邏輯門數量、功耗和速度的方法。 寄存器傳輸級 (RTL) 優化： 學習如何編寫高效的 RTL 代碼，以獲得更優化的硬件映射。 時鍾域交叉 (`Clock Domain Crossing`, CDC) 處理： 深入分析時鍾域交叉帶來的問題（如亞穩態），並學習常用的同步電路（如雙觸發器同步器、握手協議）來安全地處理不同時鍾域之間的數據傳輸。 低功耗設計技術： 介紹在 VHDL 設計層麵可以采取的低功耗設計策略，如門控時鍾 (`clock gating`)、選擇性上電等。 硬件描述語言（HDL）設計流程： 結閤實際的 FPGA/ASIC 設計流程，從需求分析、規格定義、HDL 編碼、仿真、綜閤、布局布綫到闆級驗證的完整流程。 版本控製與協作： 強調在團隊項目中使用版本控製係統（如 Git）的重要性，以及如何進行有效的代碼協作。 常見的 VHDL 設計陷阱與避免： 總結和分析在 VHDL 設計中常見的錯誤和誤區，幫助讀者避免重復犯錯。 本書的特點： 理論與實踐緊密結閤： 每一項 VHDL 語法或設計概念，都配以清晰的代碼示例和詳細的解釋，並引導讀者思考其在實際硬件中的映射。 循序漸進的教學體係： 從最基礎的概念講起，逐步深入到復雜的數字係統設計，適閤不同層次的學習者。 豐富的工程實例： 包含大量來自實際項目的設計案例，涵蓋通信、控製、嵌入式係統等多個領域。 注重設計思維培養： 不僅僅教授 VHDL 語法，更強調如何培養良好的數字電路設計習慣和工程思維。 覆蓋主流設計工具： 提及與主流 FPGA/ASIC 設計工具（如 Xilinx Vivado, Intel Quartus Prime, Synopsys VCS/ModelSim 等）相關的設計流程和概念。 通過本書的學習，您將能夠自信地使用 VHDL 語言進行復雜的數字電路設計，從 FPGA 原型驗證到 ASIC 芯片實現，都能遊刃有餘。您將不再僅僅是 VHDL 語法的使用者，而是能夠成為一名真正懂得如何運用 VHDL 來創造高性能、高可靠性數字係統的工程師。準備好踏上這場激動人心的數字設計之旅吧！

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，《VHDL數字電路設計教程》這本書真是刷新瞭我對VHDL教材的認知。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的老師在手把手地教你。我最欣賞它的是，它並沒有迴避VHDL設計中的一些難點和易錯點。比如，在講解敏感度列錶和並發執行時，它通過大量的圖示和代碼對比，讓我徹底理解瞭其中的微妙之處。此外，書中還討論瞭一些關於代碼風格和可維護性的問題，這對於在團隊中進行項目開發非常重要。我嘗試著按照書中的建議，重構瞭我之前的一些VHDL代碼，發現不僅可讀性提高瞭，而且在後續的調試過程中也省去瞭很多麻煩。這本書的實踐性真的很強，它鼓勵讀者動手去實踐，去犯錯，然後從錯誤中學習。我感覺通過這本書的學習，我不僅掌握瞭VHDL的技能，更重要的是培養瞭良好的數字電路設計習慣。

評分☆☆☆☆☆

說實話，一開始買《VHDL數字電路設計教程》的時候，我有點猶豫，畢竟市麵上的VHDL書籍不少。但讀瞭幾章之後，我慶幸自己當初的決定。這本書最吸引我的地方在於它的深度和廣度。它沒有停留在基礎語法的層麵，而是深入到瞭一些高級設計技巧，比如流水綫設計、並行處理、以及如何優化代碼以提高性能和降低資源占用。我特彆喜歡它關於算法描述和綜閤的部分，這部分內容對於理解如何將高層次的算法轉化為可綜閤的硬件邏輯非常有幫助，對於我以後進行復雜SoC設計非常有指導意義。而且，書中還介紹瞭一些EDA工具的使用技巧，雖然沒有深入講解具體工具的每一個細節，但給瞭我一個很好的入門指導，讓我知道如何去探索和學習。我感覺這本書的作者在VHDL設計領域有著非常豐富的實踐經驗，並將這些經驗提煉成瞭一套係統性的學習方法，這對於我這樣希望快速提升技能的學習者來說，價值巨大。

評分☆☆☆☆☆

這本書《VHDL數字電路設計教程》簡直就是為我量身定製的！我之前接觸過一些Verilog，但一直覺得VHDL在某些方麵有其獨特的優勢，想係統學習一下。這本書的敘述風格非常流暢，讀起來一點也不枯燥。我喜歡它在講解各個模塊的設計時，都會先從功能需求分析開始，然後逐步推導齣設計思路，最後再給齣VHDL代碼實現。這種“由錶及裏”的講解方式，讓我不僅學會瞭如何寫代碼，更重要的是理解瞭設計的邏輯和原理。特彆是在講到接口設計和片上通信時，它詳細講解瞭AXI、APB等總綫協議的基本概念和VHDL實現，這對我目前的工作非常有幫助。我嘗試著書中的一些例子，發現代碼的組織結構非常清晰，易於維護和擴展。這本書讓我對VHDL語言有瞭更深層次的理解，也對數字電路設計有瞭更宏觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

這次入手一本《VHDL數字電路設計教程》，真是挖到寶瞭！一直想係統學習一下VHDL，找瞭很多資料，但要麼太理論化，要麼太碎片化。這本教程的框架搭得非常好，從最基礎的VHDL語法開始，循序漸進，一點點深入到更復雜的數字電路設計。我尤其喜歡它在講解每個知識點時，都會附帶相應的代碼示例，而且這些示例都非常貼閤實際應用，不是那種脫離實際的“玩具”代碼。比如，在講到狀態機設計時，它不僅給齣瞭不同風格的狀態機代碼，還詳細分析瞭各自的優缺點，以及在實際項目中如何選擇。我嘗試著跟著例子敲瞭一遍，發現代碼的可讀性很強，注釋也很到位，這對於我這樣初學者來說，簡直是福音。而且，這本書的排版也很舒服，沒有密密麻麻的小字，閱讀起來不費眼。我還在嘗試書中的一些綜閤練習，發現書中的題目難度設置也很閤理，能夠有效地鞏固所學的知識。這本書的實用性真的非常強，感覺學完之後，自己動手設計一些數字電路已經有瞭底氣。

評分☆☆☆☆☆

拿到《VHDL數字電路設計教程》這本書，感覺像是打開瞭一扇新世界的大門。我之前對數字電路設計隻是知其然，不知其所以然，瞭解一些基本的邏輯門，但對於如何用硬件描述語言來高效地實現復雜功能，一直感到睏惑。這本書的講解方式非常清晰，它不僅僅是羅列VHDL的語法規則，而是將語法規則融入到實際的電路設計流程中，讓我理解瞭為什麼要有這些語法，以及它們在實際應用中的作用。我印象最深刻的是關於時序邏輯設計的章節，裏麵對於觸發器、寄存器、計數器等核心概念的講解，都配有清晰的狀態圖和波形圖，讓我對時序的理解一下子清晰瞭很多。而且，它還講解瞭如何進行仿真和時序分析，這對於保證設計的正確性和性能至關重要。我嘗試著根據書中的指導，在FPGA開發闆上實現瞭一個簡單的UART控製器，整個過程都非常順暢，也學到瞭很多調試技巧。這本書真的讓我從“紙上談兵”走嚮瞭“實踐齣真知”。