基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计 9787111532927 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 皮德.明斯等 著

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• 数字电路设计
• FSM
• Verilog HDL
• 状态机
• 硬件描述语言
• 可编程逻辑器件
• FPGA
• 数字系统设计
• 电子工程
• 教材

店铺： 博学精华图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111532927

商品编码：29623499355

包装：平装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名:基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计

定价：120.00元

售价：90.0元,便宜30.0元,折扣75

作者:皮德.明斯等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787111532927

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

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内容提要

本书介绍了基于有限状态机（FSM）的数字电路硬件设计，通过结合工程案例来展示FSM是如何融入其中的。同时，本书还运用硬件描述语言VerilogHDL，通过编写可执行和仿真的代码，让读者从实际应用的角度获得一个完整的数字电路的设计思路。本书从设计方法，到编程语言，比较系统地介绍了数字电路的硬件设计，并结合实际案例进行详细的剖析。读者能够从本书中学到完整的设计思路，并可以借鉴或整合到自己的方案中，极大地方便了相关高校学生与专业人士的学习和运用。

目录

作者介绍

文摘

序言

《深入理解数字系统：硬件描述语言与状态机驱动的设计实践》 本书是一部专注于数字电路设计方法论与实践的深度探讨之作，旨在为读者提供一套系统、严谨的学习框架，以应对现代数字系统设计的复杂挑战。全书围绕着两种核心概念——有限状态机（FSM）和硬件描述语言（HDL），深入剖析了如何将抽象的逻辑功能转化为可实际实现的数字电路。通过理论讲解、案例分析与代码实践相结合的方式，本书将带领读者一步步掌握数字系统从概念到落地的全过程。 核心内容概述： 本书并非简单罗列语法或技巧，而是着重于培养读者的设计思维和工程素养。核心内容可以分为以下几个主要部分： 第一部分：数字电路设计基础回顾与理论升华 数字逻辑基础： 尽管假定读者具备一定的数字逻辑基础，本书仍会对关键概念进行系统性的回顾和提炼，例如布尔代数、逻辑门、组合逻辑和时序逻辑的基本原理。在此基础上，会进一步探讨逻辑函数的最小化、卡诺图的应用以及竞争冒险现象的分析与消除，为后续复杂设计的构建打下坚实基础。 二进制算术与运算： 深入讲解二进制数的表示方法，包括原码、反码、补码，以及加、减、乘、除等基本算术运算在数字电路中的实现方式。重点会放在如何设计高效的算术单元，以及理解溢出等概念对设计的影响。 组合逻辑电路设计： 详细阐述组合逻辑电路的设计流程，包括需求分析、真值表建立、逻辑函数提取、逻辑化简（如Quine-McCluskey算法的原理介绍）以及最终电路的实现。将通过多个不同复杂度的组合逻辑模块设计案例，展示如何将实际应用需求转化为精确的逻辑设计。 时序逻辑电路设计： 深入讲解触发器（D触发器、JK触发器、T触发器等）的工作原理，以及它们如何构成时序逻辑电路。本书会重点分析时序电路的设计要点，包括状态的定义、状态转移的确定、时钟信号的作用、同步与异步逻辑的区别，以及对时序违例（setup time violation, hold time violation）的理解与避免。 第二部分：有限状态机（FSM）的设计理论与进阶应用 FSM的基本概念与类型： 详细介绍有限状态机的定义，包括状态、输入、输出、状态转移函数和输出函数。重点区分摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的特性、优缺点及其适用场景。 FSM的设计流程： 系统性地讲解FSM的设计步骤，从需求分析、状态图绘制、状态编码、状态转移表编写，到最终的电路实现。本书会强调状态图的直观性和状态转移表的严谨性对于减少设计错误的重要性。 状态编码策略： 深入探讨不同的状态编码方式，如二进制编码、格雷码编码、独热编码（One-hot encoding）等，并分析它们在不同应用场景下的优劣，例如对逻辑门数量、功耗、时序性能以及抗干扰能力的影响。 FSM优化与化简： 介绍状态最小化和状态等价性的概念，以及如何通过这些方法减少FSM的状态数量，从而简化电路设计，提高效率。 复杂FSM设计实例： 通过一系列贴近实际应用的FSM设计案例，如交通灯控制器、串行数据接收器、键盘编码器等，展示FSM在处理序列逻辑和控制流程方面的强大能力。这些案例将深入到具体的状态转移逻辑和输出逻辑的设计细节。 第三部分：Verilog HDL硬件描述语言详解与工程实践 Verilog HDL基础语法： 系统性地介绍Verilog HDL的基本语法结构，包括模块（module）、端口（port）、数据类型（reg, wire, integer等）、运算符、赋值语句（blocking, non-blocking assignment）等。本书将重点解释blocking和non-blocking赋值在时序逻辑仿真和综合中的关键区别。 Verilog HDL建模风格： 详细讲解不同的Verilog HDL建模风格，如行为级建模（behavioral modeling）、寄存器传输级（RTL）建模和门级建模（gate-level modeling）。本书会重点阐述RTL建模是进行数字电路设计的主流方法，并提供大量RTL代码示例。 组合逻辑和时序逻辑的Verilog HDL实现： 演示如何使用Verilog HDL描述组合逻辑电路（如多路选择器、加法器、译码器）和时序逻辑电路（如触发器、移位寄存器、计数器）。强调使用always块和assign语句来分别描述不同类型的逻辑。 FSM在Verilog HDL中的实现： 将前面FSM理论与Verilog HDL语言相结合，提供使用Verilog HDL实现摩尔型和米利型状态机的详细代码模板和示例。将指导读者如何根据状态图和状态转移表编写出清晰、高效且易于仿真的Verilog HDL代码。 Verilog HDL设计模式： 介绍一些通用的、被广泛认可的Verilog HDL设计模式，例如流水线（pipelining）技术用于提高时钟频率，亚稳态（metastability）的产生原因及其规避方法，跨时钟域（clock domain crossing, CDC）信号处理等。 代码风格与最佳实践： 强调良好的Verilog HDL代码风格对于提高代码的可读性、可维护性和可重用性的重要性。提供关于命名规范、注释、代码组织、信号同步等方面的实用建议。 第四部分：数字系统设计流程与验证 从RTL到网表： 详细介绍从Verilog HDL代码到最终可编程逻辑器件（如FPGA）或ASIC芯片的完整设计流程，包括代码编写、仿真验证、综合（synthesis）、布局布线（place and route）。 仿真验证技术： 强调仿真验证在数字电路设计中的核心地位。介绍激励（testbench）的编写方法，如何设计全面的测试用例来覆盖各种工作模式和异常情况，以及仿真工具的使用技巧。 静态时序分析（STA）： 介绍STA的基本概念，它如何评估电路的时序性能，以及如何解读STA报告来发现潜在的时序问题。 综合工具的使用： 讲解综合工具（如Synopsys Design Compiler, Xilinx Vivado Synthesizer）的工作原理，以及如何通过约束文件（constraints file）来指导综合过程，以达到预期的性能、面积和功耗目标。 FPGA/ASIC设计考量： 简要介绍针对FPGA和ASIC设计的特有考量，例如资源利用率、功耗管理、可测试性设计（DFT）等。 本书的特色与价值： 理论与实践深度融合： 本书并非纯理论书籍，而是将抽象的数字逻辑和FSM概念与具体的Verilog HDL代码实现紧密结合，使得读者能够“知其然”并“知其所以然”。 系统化的设计流程指导： 按照实际工程设计的流程，从需求分析到最终验证，提供一套完整的学习路径，帮助读者构建起完整的数字系统设计能力。 丰富的实例驱动： 大量精心设计的代码示例和应用案例，能够帮助读者直观理解理论知识，并快速上手编写实际的Verilog HDL代码。 强调工程素养： 除了技术细节，本书还贯穿了良好的设计规范、代码风格和验证理念，有助于培养读者严谨的工程态度。 面向读者群体广泛： 无论是在校学生、初入硬件设计领域的工程师，还是希望深化理解和提升技能的资深从业者，本书都能提供有价值的指导和启发。 通过深入学习本书，读者将能够： 透彻理解有限状态机的工作原理及其在序列控制和状态管理中的关键作用。 熟练掌握Verilog HDL语言，并能够使用它来高效地描述复杂的数字逻辑功能。 掌握从概念设计到RTL实现，再到基本验证的完整数字电路设计流程。 培养出独立解决复杂数字系统设计问题的能力，为后续更高级的数字系统和嵌入式系统开发打下坚实的基础。 本书将成为您探索数字世界、掌握现代数字电路设计精髓的忠实伙伴。

评分☆☆☆☆☆

这本《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》真是让我耳目一新！作为一名刚刚接触数字电路设计的初学者，我一直觉得FSM（有限状态机）和Verilog HDL这两个概念像是遥不可及的神秘领域，但这本书以一种非常系统和循序渐进的方式，将它们化繁为简。作者的讲解逻辑清晰，从最基础的状态机模型开始，逐步深入到复杂的应用场景。书中的代码示例丰富且贴合实际，我跟着书中的步骤，自己动手敲了几遍，感觉对状态机的设计思路有了质的飞跃。尤其让我印象深刻的是，书中不仅讲解了如何用Verilog HDL描述状态机，还详细解释了状态机的状态编码、转移逻辑以及输出逻辑的设计原则，这让我不再是死记硬背，而是真正理解了其内在的精髓。书中对不同类型状态机的优缺点对比分析也十分到位，帮助我根据实际需求选择最合适的设计方案。我特别喜欢其中关于异步复位和同步复位在状态机设计中的应用差异的讲解，这解决了我在实践中常常遇到的困惑。总而言之，这本书为我打开了通往数字电路设计世界的大门，为我后续的学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我醍醐灌顶的数字电路设计指南！《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》之所以出色，在于它将FSM这一强大的抽象工具与Verilog HDL这一实现语言完美地结合起来。作者以一种非常易于理解的方式，详细阐述了如何将现实世界中的控制逻辑转化为精确的状态机模型，再通过Verilog HDL优雅地实现。书中对状态机的各种建模方式，如Mealy模型和Moore模型，及其在不同场景下的适用性进行了深入的比较和分析，这让我对这两种模型有了更透彻的理解。我特别喜欢书中关于如何调试和验证Verilog HDL设计的章节，提供了许多实用的技巧和方法，极大地提高了我的工作效率。例如，书中提到的仿真环境搭建以及如何编写有效的testbench，都给我留下了深刻的印象。这本书不仅教授了技术，更传递了一种解决问题的思维方式，让我能够更加自信地应对复杂的数字电路设计挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是数字电路设计领域的一本硬核干货！我之前阅读过一些关于Verilog HDL的书籍，但很多都流于表面，缺乏对底层原理的深入剖析，而《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》则完全不同。它以FSM为核心，将Verilog HDL的应用场景展现得淋漓尽致。作者在讲解状态机时，非常注重从硬件实现的视角出发，比如如何优化状态机的编码方式以减少逻辑门数量，如何处理状态之间的时序关系以避免亚稳态等问题。这些细节对于理解高性能、高可靠性的数字电路设计至关重要。书中的案例分析非常精彩，涵盖了从简单的序列检测器到复杂的交通灯控制器等多种实际应用，每个案例都配有详细的Verilog HDL代码和时序图，帮助读者理解代码背后的逻辑和实现机制。我尤其欣赏书中关于状态机综合（Synthesis）的讨论，以及如何编写可综合的Verilog HDL代码，这一点对于后续将设计转化为实际芯片至关重要。这本书的深度和广度都令人赞叹，对于有一定Verilog HDL基础，希望进一步提升设计能力的工程师来说，绝对是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，起初我对《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》的期望并没有那么高，毕竟市面上关于这个主题的书籍已经不少了。然而，当我翻开这本书，就被其独特的视角和严谨的逻辑深深吸引。作者并没有简单地罗列Verilog HDL的语法，而是将FSM的设计理念贯穿始终，强调了状态机的抽象思维和逻辑构建过程。书中的一些讲解方式非常新颖，比如用类比的方式来解释状态机的状态转移，让我一下子就领悟了其中的奥秘。我之前在设计一些复杂的时序逻辑时常常会陷入困境，但通过学习书中关于如何系统性地构建和验证FSM的方法，我发现自己能够更清晰地规划设计流程，减少了不必要的错误。特别是书中关于状态机异常处理和功耗优化的章节，给我带来了很多启发。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我理解数字电路设计的艺术。我推荐给所有希望提升自己逻辑思维能力和设计水平的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于我来说，真是一场及时雨！我一直被FSM的概念所困扰，总觉得它既重要又难以捉摸。但《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》的出现，彻底改变了我的看法。作者以一种非常直观和形象的方式，将FSM的精髓呈现在我面前。书中的插图和图示清晰明了，能够帮助我快速理解抽象的概念。我尤其喜欢书中关于如何将实际问题分解为可管理的状态和状态转移的讲解，这让我能够更有条理地进行设计。Verilog HDL的部分也写得相当到位，不是那种枯燥的语法罗列，而是紧密结合FSM的设计过程，让你知道什么时候、为什么使用特定的Verilog HDL语句。书中关于状态机状态编码优化，例如二进制编码、格雷码编码以及独热码编码的详细讲解，让我明白了不同的编码方式对电路性能的影响，以及如何选择最合适的编码方式。这本书的学习曲线很平缓，即便是初学者也能很快上手，并且能够体会到设计数字电路的乐趣。