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王金明 著

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• Verilog HDL
• FPGA
• 数字电路
• 可编程逻辑器件
• 硬件描述语言
• 电子工程
• 计算机硬件
• 第三版
• 教材

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121079900

商品编码：29488095458

包装：平装

出版时间：2009-01-01

基本信息

书名：数字系统设计与Verilog HDL(第3版)

定价：39.80元

作者：王金明

出版社：电子工业出版社

出版日期：2009-01-01

ISBN：9787121079900

字数：557000

页码：333

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统介绍了数字系统设计相关的知识，主要内容包括：EDA技术、FPGA／CPLD器件、Vefilog硬件描述语言等。本书以Quartus II、Synplify Pro／Synplify软件为平台，以Verilog-1995和Verilog-2001为语言标准，以可综合的设计为重点，以大量经过验证的数字设计实例为依据，系统阐述了数字系统设计的方法与技术，对设计优化做了探讨。
本书的特点是：着眼于实用，紧密联系教学实际，实例丰富。全书深入浅出，概念清晰，语言流畅。可作为电子、通信、信息、测控、电路与系统等专业高年级本科生和研究生的教学用书，也可供从事电路设计和系统开发的工程技术人员阅读参考。

目录

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章 EDA技术与数字系统设计
1.1 EDA技术及其发展
1.2 数字系统设计技术
1.2.1 Top—down设计
1.2.2 Bottom—up设计
1.2.3 IP复用技术与SoC
1.3 数字系统设计的流程
1.3.1 输入
1..2 综合
1.3.3 适配
1.3.4 仿真
1.3.5 编程
1.4 常用的EDA软件工具
1.5 EDA技术的发展趋势
习题
第2章 FPGA／CPLD器件
2.1 PLD的分类
2.1.1 按集成度分类
2.1.2 按编程特点分类
2.1.3 按结构特点分类
2.2 PLD的基本原理与结构
2.2.1 PLD器件的基本结构
2.2.2 PLD电路的表示方法
2.3 低密度PLD的原理与结构
2.4 CPLD的原理与结构
2.4.1 宏单元结构
2.4.2 典型CPLD的结构
2.5 FPGA的原理与结构
2.5.1 查找表结构
2.5.2 典型FPGA的结构
2.5.3 FPGA结构的发展
2.6 FPGA／CPLD的编程元件
2.6.1 熔丝型开关
2.6.2 反熔丝
2.6.3 浮栅编程元件
2.6.4 SRAM编程元件
2.7 边界扫描测试技术
2.8 FPGA/CPLD的编程与配置
2.8.1在系统编程
2.8.2 CPLD器件的编程
2.8.3 FPGA器件的配置
2.9 FPGA／CPLD器件概述
2.10 PLD的发展趋势
习题
第3章 Quartus|1集成开发工具
3.1 Quartus Il原理图设计
3.1.1 半加器原理图输入
3.1.2 半加器设计与仿真
3.1.3 全加器设计与仿真
3.2 Quartus Il的优化设置
3.2.1 Settings设置
3.2.2 分析与综合设置
3.2.3 优化布局布线
3.3.4 设计可靠性检查
3.3 Quartus II的时序分析
3.3.1 时序设置与分析
3.3.2 时序逼近
习题
第4章 基于宏功能模块的设计
4.1 乘法器模块
4.2 除法器模块
4.3 计数器模块
4.4 常数模块
4.5 锁相环模块
4.6 存储器模块
4.7 其他模块
习题
第5章 Verilog HDL设计初步
5.1 Verilog HDL简介
5.2 Verilog HDL设计举例
5.3 Verilog HDL模块的结构
5.4 Synplify pro／Synplify综合器
第6章 Verilog HDL语法与要素
第7章 Verilog HDL行为语句
第8章 数字设计的层次与风格
第9章 Verilog HDL设计进阶
0章 数字电路的仿真
1章 数字设计实例
附录

作者介绍

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文摘

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序言

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《数字系统设计与Verilog HDL（第3版）》图书简介 前言 数字逻辑设计，作为电子工程和计算机科学领域的核心基石，其重要性不言而喻。随着半导体技术的飞速发展和集成电路规模的不断扩大，数字系统的设计面临着前所未有的复杂性和挑战。从掌上设备到高性能服务器，从消费电子到航空航天，几乎所有现代科技产品都离不开数字系统的支撑。而Verilog HDL（Hardware Description Language），作为一种功能强大且应用广泛的硬件描述语言，已经成为数字系统设计不可或缺的工具。它不仅能够高效地描述数字电路的功能，更能支持从逻辑仿真到物理综合的全流程设计，极大地提高了设计效率和可维护性。 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的数字系统设计与Verilog HDL学习路径。我们不仅会介绍数字逻辑设计的基本概念和原理，还会详细阐述Verilog HDL的语法、特性以及在实际设计中的应用。通过理论讲解与实例相结合的方式，本书力求帮助读者掌握现代数字系统设计的关键技术，为他们从事相关领域的工作打下坚实的基础。 第一部分：数字系统设计基础 本部分将带领读者走进数字系统的世界，从最基本的逻辑门开始，逐步构建起复杂的数字电路。 第一章：数字逻辑基础 数制与编码： 学习二进制、十进制、十六进制等常用数制，以及BCD码、ASCII码、格雷码等各种编码方式，理解它们在数字系统中的作用和转换方法。 逻辑门与布尔代数： 详细介绍AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR等基本逻辑门的功能，并引入布尔代数及其基本定理（如交换律、结合律、分配律、德摩根定理等），为后续的逻辑电路分析和设计奠定理论基础。 组合逻辑电路： 学习如何设计和分析组合逻辑电路，包括逻辑表达式化简（卡诺图、奎因-麦克拉斯基方法）、编码器、译码器、多路选择器、数据选择器、加法器、减法器、比较器等。我们将深入探讨这些电路的原理、结构以及在实际应用中的例子。 时序逻辑电路： 介绍时序逻辑电路的基本概念，包括触发器（SR、D、JK、T）、寄存器、计数器（同步、异步、移位寄存器）、状态机（有限状态机FSM，Mealy型和Moore型）等。理解时序逻辑电路的时钟信号、状态转移以及在数字系统中扮演的关键角色。 逻辑电平与信号： 讨论数字信号的特性，如高电平、低电平、上升沿、下降沿、时序关系等。了解不同逻辑系列（如TTL、CMOS）的特点和接口问题。 时序分析与约束： 讲解时序逻辑电路中的关键时序参数，如建立时间（setup time）、保持时间（hold time）、时钟周期、传播延迟等。介绍如何通过时序分析来确保数字系统的正确运行，并理解时序约束的重要性。 第二章：数字系统设计方法与流程 系统级设计： 介绍自顶向下和自底向上的设计方法，理解不同设计粒度的取舍。 逻辑综合： 解释逻辑综合的概念，如何将HDL代码转化为网表，以及综合工具的工作原理。 布局与布线（Place and Route）： 介绍FPGA或ASIC设计中布局与布线的基本流程，以及它们对电路性能的影响。 时序收敛： 探讨在实际设计中如何解决时序违例问题，确保设计满足性能要求。 功耗分析与优化： 简要介绍数字系统功耗的来源以及常见的功耗优化技术。 可测试性设计（DFT）： 引入可测试性设计的基本概念，理解测试向量生成和故障覆盖的重要性。 第二部分：Verilog HDL语言详解 本部分将聚焦于Verilog HDL语言本身，详细讲解其语法结构、常用语句以及高级特性。 第三章：Verilog HDL基础 Verilog HDL概述： 介绍Verilog HDL的历史、特点和在数字设计中的地位。 基本结构： 学习Verilog模块（module）的定义、端口声明（input, output, inout）和端口连接。 数据类型： 掌握Verilog中的主要数据类型，如`reg`、`wire`、`integer`、`time`等，理解它们的区别和使用场景。 参数（parameter）： 学习如何使用参数来提高代码的灵活性和可重用性。 运算符： 熟悉Verilog中的各种运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、条件运算符、赋值运算符等。 数据流建模（Dataflow Modeling）： 介绍使用`assign`语句进行连续赋值，描述组合逻辑电路。 行为建模（Behavioral Modeling）： 学习使用`always`块来描述时序逻辑和组合逻辑，包括`begin...end`块、`if-else`语句、`case`语句、`for`循环等。 结构建模（Structural Modeling）： 学习如何使用实例化（instantiation）来连接预定义的模块，构建层次化设计。 第四章：Verilog HDL进阶 时序建模： 深入讲解如何使用`always @(posedge clk or negedge rst)`等敏感列表来描述时序电路，包括触发器、寄存器和计数器的建模。 阻塞赋值与非阻塞赋值： 详细讲解`=`（阻塞赋值）和`<=`（非阻塞赋值）的区别，以及它们在组合逻辑和时序逻辑中的正确使用。 任务（task）与函数（function）： 学习如何定义和调用任务与函数，用于代码的模块化和复用。 参数化模块（Parameterized Modules）： 进一步探讨如何设计更通用的参数化模块。 生成语句（generate statements）： 学习使用`generate`语句来实现代码的条件编译和循环实例化，提高代码的灵活性。 输入输出端口的类型： 详细介绍`input`、`output`、`inout`端口的特性，以及它们的驱动能力和负载。 寄存器传输级（RTL）设计： 强调RTL设计的风格和规范，如何写出易于综合和理解的Verilog代码。 第三部分：Verilog HDL在实际设计中的应用 本部分将通过具体的项目和案例，展示Verilog HDL在实现各种数字系统中的强大能力。 第五章：Verilog HDL仿真与测试 仿真器的基本概念： 介绍仿真器的作用和工作流程。 波形查看器： 学习如何使用波形查看器来分析仿真结果。 测试平台（Testbench）设计： 讲解如何编写Verilog测试平台来激励被测模块，并验证其功能正确性。 时延和激励生成： 演示如何生成各种时钟信号、复位信号和输入激励。 断言（Assertions）： 介绍使用断言来在仿真中捕获潜在的设计错误。 代码覆盖率： 理解代码覆盖率的概念，并学习如何提高测试平台的有效性。 第六章：组合逻辑电路的Verilog HDL实现 加法器和减法器： 从全加器开始，逐步实现多位加法器和减法器。 多路选择器和数据选择器： 使用`case`语句或条件运算符实现。 编码器和译码器： 演示优先级编码器和标准译码器的Verilog实现。 比较器： 实现数字比较器，判断两个数字的大小关系。 奇偶校验发生器： 使用XOR门实现。 第七章：时序逻辑电路的Verilog HDL实现 触发器与寄存器： 实现D触发器、SR触发器，以及基于触发器的寄存器。 计数器： 设计同步和异步计数器，包括二进制计数器、十进制计数器和移位寄存器。 有限状态机（FSM）： 状态机设计原则： 讲解Moore型和Mealy型状态机的区别和选择。 状态机的Verilog实现： 通过具体的例子，如交通灯控制器、串行通信接口的发送/接收模块等，演示状态机的建模。 状态编码： 讨论不同的状态编码方式（如二进制、格雷码、独热码）及其对硬件资源和时序的影响。 移位寄存器： 实现串入并出、串入串出、并入串出、并入并出等各种移位寄存器。 第八章：Verilog HDL与FPGA/ASIC设计流程 FPGA/ASIC设计流程概览： 介绍从RTL代码到最终硬件的完整流程。 综合工具的使用： 讲解如何使用Xilinx Vivado、Intel Quartus等综合工具。 时序约束的设置： 演示如何在综合和实现阶段设置时序约束。 静态时序分析（STA）： 解释STA的基本原理，以及如何解读STA报告。 比特流生成与下载： 简述如何生成FPGA的比特流文件并下载到硬件。 IP核的理解与使用： 介绍IP核的概念，以及如何在设计中集成预定义的IP核。 第九章：高级Verilog HDL主题与设计实践 低功耗设计： 介绍门控时钟、时钟使能等低功耗设计技术。 时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）： 重点讲解CDC问题的产生原因、危害以及常用的解决方法（如握手协议、FIFO等）。 异步复位与同步复位： 讨论两种复位方式的优缺点及其在设计中的应用。 状态机综合的注意事项： 提示在综合状态机时需要注意的问题，避免产生意想不到的硬件。 可复用设计（Reusability）： 强调模块化设计、参数化设计以及使用标准接口的重要性。 代码风格与最佳实践： 提供编写高质量、易于维护Verilog代码的建议。 实际项目案例分析： 结合一些实际项目（如简单的CPU控制器、数据通路设计、通信接口等），进一步巩固所学知识。 结论 数字系统设计和Verilog HDL是现代电子工程领域不可或缺的核心技能。本书通过系统性的讲解和丰富的实例，旨在为读者提供一个坚实的理论基础和实践指导。我们相信，通过认真学习本书，读者将能够熟练掌握Verilog HDL语言，并将其有效地应用于各种复杂的数字系统设计中，为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身打造的！作为一名初涉数字IC设计领域的新手，我一直被各种概念和术语搞得晕头转向，尤其是Verilog HDL，感觉像是一门天书。然而，当我翻开《数字系统设计与Verilog HDL(第3版)》时，惊喜就接踵而至了。作者以一种非常接地气的方式，将那些抽象的理论知识掰开了、揉碎了，用生动形象的比喻和贴近实际的例子来阐述。我特别喜欢书中关于组合逻辑和时序逻辑的讲解，不再是枯燥的公式堆砌，而是通过一个又一个小型设计项目，让我一步步理解逻辑门是如何组合出复杂功能的，触发器又如何实现状态的存储和传递。而且，书中对Verilog HDL的语法讲解也极其到位，每个关键字、每个语句都有清晰的解释和对应的代码示例，我跟着书中的步骤敲打代码，很快就能看到仿真结果，这种成就感真的无与伦比。甚至连一些容易混淆的仿真概念，比如时延、事件驱动等，都被讲得明明白白。我感觉自己不仅仅是在学习一门语言，更是在学习一种解决数字系统问题的思维方式。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书在解决实际问题方面给我带来了巨大的启迪。我曾困扰于如何有效地描述和实现一个复杂的时序逻辑电路，总是感觉自己写的代码效率不高，而且容易出错。但通过阅读《数字系统设计与Verilog HDL(第3版)》，我学会了如何更有条理地进行模块化设计，如何利用有限状态机来管理复杂的状态转移，以及如何通过代码结构来优化性能。书中关于时钟域处理和同步电路设计的章节，让我茅塞顿开，以往那些难以理解的同步和异步问题，在书本的引导下变得清晰起来。我还特别注意到了书中关于仿真和调试的技巧，作者分享了一些实用的调试方法，帮助我更快地定位代码中的错误，这为我节省了大量宝贵的时间。总而言之，这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的前辈，用循循善诱的方式，将他的知识和经验传授给我，让我少走了很多弯路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于概念的传授，更在于它所提供的实践指导。作为一名正在进行课程设计和项目开发的读者，我发现书中提供的案例非常具有参考价值。作者不仅仅是列举了一些静态的Verilog代码，而是深入分析了设计过程中可能遇到的问题，并给出了相应的解决方案。例如，在实现一个复杂的状态机时，书中会详细介绍如何进行状态划分、状态转移图的绘制，以及如何将这些图形化的设计转化为Verilog代码。更重要的是，书中还强调了仿真和验证的重要性，并提供了具体的仿真场景和测试向量设计方法，这对于确保设计的正确性至关重要。我从中学习到了很多关于如何有效地进行仿真和调试的技巧，这让我在实际项目中受益匪浅。这本书就像一位良师益友，它不仅教会我“是什么”，更教会我“怎么做”，让我在数字系统设计的道路上更加自信和高效。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度让我印象深刻。虽然我是一名经验尚浅的读者，但能够清晰地感受到作者在内容组织上的精心安排。从最基础的数字逻辑原理，如布尔代数、卡诺图化简，到更高级的流水线设计、状态机实现，再到一些进阶的话题，如异步时序逻辑的注意事项和时钟域交叉的处理，书中都有涉及，并且能够做到循序渐进，难度递增。我尤其欣赏书中对实际应用场景的关注，很多例子并非是凭空捏造的理论模型，而是来源于一些常见的数字系统设计需求，比如计数器、移位寄存器、简单的CPU控制器等。通过这些案例，我能够更好地理解Verilog HDL在实际工程中的应用，以及如何将设计思路转化为可执行的代码。书中提供的代码片段逻辑清晰，注释详尽，对于我这样的初学者来说，无疑是极大的帮助。它让我在掌握理论的同时，也能快速上手实践，这对于迅速提升我的工程能力至关重要。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对数字逻辑和硬件描述语言充满好奇心的学生，我一直渴望找到一本能够真正让我入门并建立扎实基础的教材。《数字系统设计与Verilog HDL(第3版)》无疑满足了我的这一需求。书中从最基本的逻辑门开始，层层递进，深入讲解了数字系统的构建原理。Verilog HDL部分更是循序渐进，从简单的赋值语句到复杂的模块实例化，每一个概念都配有清晰的图示和详尽的代码示例，让我能够轻松理解其背后的逻辑。我特别喜欢书中对各种常用数字电路的讲解，例如寄存器、计数器、移位寄存器等，这些都是数字系统中最基础也是最重要的模块，书中通过清晰的Verilog代码实现，让我能够直观地理解它们的工作原理。此外，书中还涉及了一些关于异步设计和时钟同步的探讨，这对于我理解更复杂的数字系统非常有帮助。总的来说，这本书的编写风格非常适合初学者，它能够帮助我建立起对数字系统设计和Verilog HDL的全面认识，并为我未来的深入学习打下坚实的基础。