VHDL數字電路設計教程 (巴西)佩德羅尼 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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巴西佩德羅尼 著

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121186721

商品編碼：29259438340

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名：VHDL數字電路設計教程

定價：35.00元

作者：(巴西)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：

頁碼：

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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電子脈衝的舞蹈：現代數字世界的基石 在信息爆炸、科技飛速發展的今天，數字電路的設計與實現，已成為驅動無數前沿技術發展的核心引擎。從智能手機的微型處理器到超級計算機的龐大數據處理能力，再到遍布全球的通信網絡，一切都離不開精密、高效的數字邏輯電路。而VHDL，作為一種強大的硬件描述語言，正是構建這些數字電路不可或缺的利器。它為工程師提供瞭一種抽象、係統化的方式來描述、驗證和綜閤數字硬件，將抽象的邏輯概念轉化為實際的電子元件，讓工程師得以在計算機環境中“建造”復雜的數字係統。 本書並非一本枯燥的技術手冊，而是帶您走進一個充滿邏輯與創新的世界，探索數字電路設計的魅力。我們將從最基礎的數字邏輯概念齣發，逐步深入到VHDL語言的核心語法與結構，再到如何運用這些工具來設計和實現從簡單邏輯門到復雜微處理器等各類數字係統。我們不將重點放在某個特定領域或某個狹窄的技術分支，而是緻力於提供一個全麵、紮實的數字電路設計基礎，讓您能夠理解數字係統的工作原理，掌握VHDL語言的精髓，並具備獨立進行數字電路設計的能力。 第一章：數字邏輯的基石——從開關到門 一切數字世界的奇跡，都源於最基本的“開”與“關”。本章將帶領您迴顧數字邏輯的起源，從最原始的機械開關，到現代電子電路中的晶體管，理解它們如何被用來錶示和處理兩種基本狀態：高電平（通常代錶邏輯“1”）和低電平（通常代錶邏輯“0”）。我們將詳細介紹邏輯門（Logic Gates），這些構成數字電路基本單元的電路，例如AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR和XNOR門。您將學習它們的邏輯符號、真值錶（Truth Table），並理解它們如何在輸入信號的基礎上産生輸齣信號。通過對這些基本邏輯門的深入理解，您將為後續更復雜的電路設計打下堅實的基礎。 第二章：布爾代數與邏輯錶達式——數字世界的數學語言 數字邏輯的強大之處在於其可以通過數學化的方式進行描述和分析。本章將介紹布爾代數（Boolean Algebra），這是一種專門用於處理邏輯值的代數係統。您將學習布爾代數的基本定律和定理，如交換律、結閤律、分配律、德摩根定律等，並理解它們如何幫助我們簡化和優化邏輯錶達式。我們將演示如何將復雜的邏輯功能用簡潔的布爾錶達式錶示，以及如何通過邏輯代數化簡來減少電路的復雜度和元件數量，從而提高電路的性能和效率。理解布爾代數，是掌握數字邏輯設計方法論的關鍵一步。 第三章：組閤邏輯電路設計——事件驅動的邏輯 組閤邏輯電路（Combinational Logic Circuits）的特點是其輸齣僅取決於當前輸入的組閤，而與之前的輸入曆史無關。本章將聚焦於組閤邏輯電路的設計。我們將介紹如何根據給定的邏輯功能，通過真值錶、邏輯圖和布爾錶達式來設計組閤邏輯電路。您將學習如何設計和分析諸如編碼器（Encoders）、譯碼器（Decoders）、多路選擇器（Multiplexers）、數據選擇器（Demultiplexers）和加法器（Adders）等典型的組閤邏輯電路。我們將結閤實際的邏輯設計流程，演示如何將一個實際問題轉化為數字電路的解決方案。 第四章：時序邏輯電路設計——記憶與狀態的藝術 與組閤邏輯電路不同，時序邏輯電路（Sequential Logic Circuits）的輸齣不僅取決於當前的輸入，還受到之前輸入曆史的影響，即它們具有“記憶”功能。本章將深入探討時序邏輯電路的設計。我們將從最基本的存儲單元——觸發器（Flip-Flops）開始，介紹D觸發器、T觸發器、JK觸發器和SR觸發器，理解它們的工作原理和狀態轉換。在此基礎上，我們將講解如何構建和設計寄存器（Registers）、計數器（Counters）以及有限狀態機（Finite State Machines, FSM）。有限狀態機是設計控製器和實現復雜序列行為的核心，您將學習如何使用狀態圖（State Diagrams）和狀態錶（State Tables）來描述和實現它們。 第五章：VHDL入門——硬件描述語言的初體驗 現在，我們將正式引入VHDL（VHSIC Hardware Description Language）這門強大的硬件描述語言。本章將作為您VHDL學習的起點。您將瞭解VHDL的曆史背景、設計目標以及它在數字電路設計流程中的重要地位。我們將逐一介紹VHDL的基本語法結構，包括實體（Entity）、架構（Architecture）、端口（Port）、信號（Signal）和常量（Constant）。您將學習如何聲明這些基本元素，並理解它們在描述硬件結構中的作用。通過編寫簡單的VHDL代碼，您將開始體驗用代碼來描述硬件的獨特方式。 第六章：VHDL的數據類型與運算符——構建邏輯的積木 為瞭能夠精確地描述數字邏輯，VHDL提供瞭豐富的數據類型和運算符。本章將詳細介紹VHDL中常用的數據類型，如`BIT`、`STD_LOGIC`、`INTEGER`、`BOOLEAN`、`ARRAY`等，並理解它們各自的特性和適用場景。`STD_LOGIC`係列類型是描述信號狀態的標準，我們將重點講解其多值特性。此外，您還將學習VHDL中的邏輯運算符（如`AND`、`OR`、`NOT`）、關係運算符（如`=`、`/=`)、算術運算符（如`+`、`-`)以及移位運算符等，掌握如何運用這些運算符來構建復雜的邏輯錶達式。 第七章：VHDL的並發與順序語句——描述硬件行為 VHDL語言提供瞭兩種主要的語句類型來描述硬件行為：並發語句（Concurrent Statements）和順序語句（Sequential Statements）。本章將深入探討這兩種語句的使用。並發語句描述瞭硬件的並行性，即各個部分同時工作，例如`assign`語句（在VHDL中通常通過`<=`賦值操作符實現）和`process`語句中的並發信號賦值。順序語句則用於描述在特定條件下按順序執行的操作，主要齣現在`process`塊內部，例如`IF-THEN-ELSE`、`CASE`、`LOOP`等結構。您將學習如何根據不同的設計需求，恰當地選擇和使用這兩種語句來精確地錶達硬件的邏輯。 第八章：VHDL的進程與敏感列錶——捕捉信號變化 `process`語句是VHDL中描述行為的重要結構，它代錶瞭一個並發執行的邏輯塊，其內部的代碼會根據`sensitivity list`（敏感列錶）中信號的變化來觸發執行。本章將詳細講解`process`語句的語法以及敏感列錶的作用。您將理解如何通過在敏感列錶中列齣所有會影響`process`內部邏輯的信號，來確保您的VHDL代碼能夠正確地模擬硬件行為。我們將通過實例演示，如何利用`process`來描述組閤邏輯和時序邏輯，例如觸發器的行為和計數器的功能。 第九章：VHDL的結構化設計——模塊化與可重用性 隨著數字電路的復雜性不斷增加，模塊化和結構化設計變得尤為重要。本章將介紹VHDL的結構化設計方法。您將學習如何將復雜的係統分解成若乾個可管理的子模塊，並通過接口（端口）進行連接。我們將講解如何創建和實例化組件（Component）以及配置（Configuration），從而實現代碼的重用和係統的分層設計。這種模塊化的方法不僅能提高設計效率，還能極大地提升設計的可維護性和可擴展性。 第十章：VHDL中的信號與變量——數據流的傳遞 在VHDL中，信號（Signal）和變量（Variable）是用於傳遞和存儲數據的兩種機製，但它們在行為和用途上存在顯著差異。本章將詳細比較信號和變量的區彆。信號通常用於錶示實際硬件連接中的連綫，具有驅動和延遲的特性，適閤描述數據在電路中的流動。變量則在`process`塊內部使用，用於存儲中間計算結果，其賦值是立即生效的，更像編程語言中的局部變量。理解這兩者的差異，對於編寫高效且行為正確的VHDL代碼至關重要。 第十一章：VHDL的生成語句與屬性——提升設計的靈活性 VHDL提供瞭生成語句（Generate Statements）和屬性（Attributes）等高級特性，能夠極大地提升設計的靈活性和自動化程度。本章將介紹如何使用`FOR`和`IF`生成語句來實例化重復的邏輯結構，例如在需要大量相同的邏輯單元時，可以極大地簡化代碼的書寫。同時，您將學習如何使用VHDL屬性來獲取信號、類型、範圍等信息，並根據這些信息來生成動態的邏輯。這些特性在處理參數化設計和復雜結構時尤為有用。 第十二章：VHDL綜閤——從代碼到硬件的橋梁 VHDL代碼最終需要被轉換為實際的硬件電路。本章將介紹VHDL綜閤（Synthesis）的過程。您將瞭解綜閤工具如何解析VHDL代碼，並將其映射到目標FPGA或ASIC器件的邏輯資源上。我們將討論綜閤過程中需要注意的一些事項，例如避免使用那些綜閤工具無法處理的VHDL結構，以及如何編寫易於綜閤的代碼。理解綜閤的基本原理，有助於您寫齣能夠高效轉換為硬件的設計。 第十三章：VHDL仿真——驗證設計的正確性 在將VHDL設計轉換為硬件之前，進行充分的仿真驗證是必不可少的步驟。本章將重點介紹VHDL仿真（Simulation）的概念和流程。您將學習如何編寫測試平颱（Testbench）來為您的設計提供激勵信號，並觀察其輸齣。我們將介紹仿真軟件的基本操作，以及如何分析仿真波形來判斷設計的正確性。有效的仿真策略能夠幫助您在早期發現和修復設計中的錯誤，大大降低後期原型驗證的風險。 第十四章：實例分析——從簡單計數器到數據通路 理論知識的學習離不開實際的應用。本章將通過一係列精心設計的實例，將前麵所學的VHDL知識融會貫通。我們將從一個簡單的LED閃爍程序開始，逐步深入到更復雜的組閤邏輯和時序邏輯設計，例如可控的時鍾分頻器、簡單的寄存器文件、一個基本的數據通路等。每個實例都將詳細展示從需求分析、VHDL代碼編寫、測試平颱搭建到仿真驗證的完整過程，幫助您理解如何在實際項目中應用VHDL進行數字電路設計。 第十五章：高級數字係統設計概念——通往更廣闊的天地 在掌握瞭VHDL的基本設計和驗證方法之後，本章將為您打開通往更廣闊數字係統設計領域的大門。我們將簡要介紹一些更高級的設計概念，例如流水綫（Pipelining）如何提高處理速度，緩存（Cache）如何優化內存訪問，以及一些常見的處理器架構（如RISC和CISC）的基本思想。這些內容旨在激發您的學習興趣，為您未來的深入研究提供方嚮。 通過學習本書，您將不僅能夠熟練掌握VHDL這門強大的硬件描述語言，更重要的是，您將獲得一種係統化的數字電路設計思維方式。您將能夠理解從抽象的邏輯概念到具體硬件實現的整個過程，並具備獨立解決復雜數字設計問題的能力。這是一個充滿挑戰但也極富成就感的領域，期待您在這個數字世界的奇妙旅程中，不斷探索，不斷創新。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在學習數字邏輯和數字信號處理的在校學生，我一直在尋找一本能夠將理論知識與實際工程應用緊密結閤的書籍。我瞭解到VHDL是業界廣泛應用的硬件描述語言，但很多教材在講解時，要麼過於枯燥，要麼缺乏實踐性。偶然間看到瞭這本書的封麵和書名，我對其中“教程”和“數字電路設計”的字樣充滿瞭期待。我非常希望這本書能夠深入淺齣地講解VHDL的各種特性，尤其是那些在實際設計中經常用到的高級功能，比如如何有效地利用各種架構和組件來構建復雜的邏輯。我尤其關注書中關於“處理器設計”、“內存接口”、“通信協議實現”等章節，這些內容對於我理解和參與實際項目至關重要。我希望能從中學習到如何編寫齣結構清晰、易於維護、並且能夠高效綜閤的代碼。我更期待的是，書中能提供一些真實的、具有代錶性的設計案例，讓我能夠模仿和學習，最終能夠獨立完成一些有意義的數字電路項目，為我未來的學習和職業發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書我還沒來得及深入閱讀，但我光是瀏覽瞭目錄和前幾章，就已經被它的廣度和深度所吸引瞭。我一直對數字電路設計有著濃厚的興趣，尤其是在VHDL這個強大的硬件描述語言方麵，一直想找一本能夠係統地帶我入門並進階的書籍。市麵上很多教程要麼過於淺顯，要麼過於理論化，難以將理論與實踐相結閤。而這本書，從它細緻的章節劃分來看，似乎能填補這一空白。從基礎的邏輯門、時序邏輯，到復雜的狀態機設計、IP核的使用，再到實際的項目開發流程，每一個環節都顯得尤為紮實。我特彆期待它在“高級時序約束和時鍾域交叉”部分的內容，這部分往往是許多初學者容易忽視但又至關重要的地方。作者的講解方式，從描述上看，應該是非常清晰易懂的，並且配有大量的實例，這一點對於我這樣喜歡動手實踐的學習者來說，簡直是福音。我計劃花大量時間跟著書中的例子一步步操作，希望能夠真正掌握VHDL的設計精髓，並能夠獨立完成一些小型到中型的數字電路設計項目。這本書的齣版，無疑是對VHDL學習者的一大貢獻，讓我看到瞭係統學習的希望。

評分☆☆☆☆☆

我從事硬件開發多年，雖然接觸過Verilog，但對於VHDL一直心存好奇，也想進一步學習和掌握。市麵上關於VHDL的書籍不少，但真正能夠做到深入淺齣、兼顧理論與實踐的卻不多。這次看到這本書，從它的書名和大緻的介紹來看，似乎有潛力成為一本優秀的參考書。我特彆關注書中關於“模塊化設計”、“層次化設計”以及“IP核復用”等方麵的論述，這些都是提高設計效率和可維護性的關鍵。同時，我也希望書中能夠對“時序分析”、“靜態時序約束”等核心概念有詳細的講解，並且能夠結閤實際的工具和流程來演示，這對於工程師來說是必不可少的技能。如果書中還能涉及一些“異步電路設計”、“低功耗設計策略”等前沿和實用的內容，那將是錦上添花。我期待這本書能夠幫助我快速地掌握VHDL的設計理念和工程實踐，彌閤我在VHDL領域的知識空白，並能夠為我解決實際設計中遇到的問題提供思路和方法。

評分☆☆☆☆☆

最近手頭剛好拿到一本關於VHDL數字電路設計的書，雖然還沒來得及細讀，但粗略翻閱瞭一下，給我的初步印象非常深刻。我對數字係統設計一直有著一種莫名的熱情，總覺得能用代碼來“創造”實際的硬件電路，這本身就是一件令人著迷的事情。在接觸VHDL的過程中，我發現很多教程往往過於側重語法層麵，而忽略瞭如何將這些語法轉化為高效、可靠的硬件實現。這本書的目錄結構讓我眼前一亮，它似乎是從更宏觀的角度來講解VHDL，不僅僅是停留在語言本身，而是將其置於整個數字電路設計流程中去考量。我尤其關注其中關於“綜閤和仿真流程”的章節，以及“FPGA/ASIC設計流程詳解”的部分，這些都是將理論知識轉化為實際産品的關鍵。我期待書中能夠提供一些關於“低功耗設計”、“高時鍾頻率設計”等方麵的實用技巧，這些是在實際工程中非常寶貴的能力。另外，從書中附帶的示例代碼風格來看，也透著一種嚴謹和專業，這讓我相信作者在內容上一定下瞭不少功夫，能夠為讀者帶來切實的幫助，而非泛泛而談。

評分☆☆☆☆☆

剛拿到這本書，雖然還沒來得及深入閱讀，但就其內容框架和作者背景（雖未直接提及，但推測作者有深厚的學術或工程背景）而言，我已經充滿瞭信心。對於數字電路設計，我一直認為VHDL是不可或缺的工具之一。我尤其關注那些能夠幫助我提升設計能力和解決實際問題的部分，例如書中對“驗證方法學”的探討，以及如何有效地進行“功能仿真”和“門級仿真”的技巧。同時，對於“信號完整性”、“功耗管理”等在現代高速數字設計中越來越重要的議題，我希望書中能夠提供一些實用的指導和解決方案。我期待這本書能夠帶領我進入更深入的VHDL世界，不僅僅是學習語法，更是理解其背後蘊含的設計思想和工程考量。能夠學習到如何構建齣可復用、可擴展、高性能的數字係統，是我學習VHDL的最終目標。如果書中能提供一些關於“FPGA器件特性”和“ASIC設計考量”的對比分析，那將更加有助於我理解不同應用場景下的設計側重點。