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
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111532927

商品编码：29623522198

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

编辑推荐

馆配的重点书

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

目录
译者序
原书前言
章有限状态机和状态图以及数字电路和系统设计的基本概念
1.1概述
1.2学习资料
1.3小结
第2章使用状态图控制外部硬件分系统20
2.1概述
2.2学习资料
2.3小结
第3章根据状态图综合硬件电路
3.1关于FSM的综合
3.2学习资料
3.3小结
第4章同步FSM设计
4.1传统状态图的综合方法
4.2处理未使用的状态
4.3信号高/低位指示系统
4.3.1使用测试平台测试FSM
4.4简易波形发生器
4.4.1采样频率和每种波形的采样个数
4.5骰子游戏
4.5.1骰子游戏系统公式
4.6二进制数据串行发送系统
4.6.1图4.15移位寄存器里的RE计数单元
4.7串行异步接收系统
4.7.1FSM公式
4.8加入奇偶校验的串行接收系统
4.8.1整合奇偶校验83
4.8.2图4.26对应的D触发器公式
4.9异步串行发送系统
4.9.1异步串行发送系统公式
4.10看门狗电路
4.10.1D触发器公式
4.10.2输出公式
4.11小结
第5章运用独热编码技术设计FSM
5.1独热编码简介
5.2数据采集系统
5.3内存共享系统
5.4简易波形发生器
5.4.1工作原理
5.4.2解决方案
5.4.3 D触发器输入端d对应的方程
5.4.4输出公式
5.5运用微处理器（微控制器）控制FSM
5.6存储芯片测试系统
5.7独热编码和第4章常规设计方法的对比
5.8动态存储空间访问控制系统
5.8.1触发器公式
5.8.2输出公式
5.9如何运用微处理器来控制DMA系统
5.10使用FSM检测连续的二进制序列
5.11小结
第6章Verilog HDL
6.1硬件描述语言背景介绍
6.2用Verilog HDL进行硬件建模：模块
6.3模块的嵌套：建立构架
6.4Verilog HDL仿真：一个完整的设计过程
参考文献
第7章Verilog HDL体系
7.1内置基本单元和类
7.1.1Verilog的类
7.1.2Verilog逻辑值和数字值
7.1.3如何赋值
7.1.4Verilog HDL基本门电路
7.2操作符和描述语句
7.3Verilog HDL操作符运用案例：汉明码编码器
7.3.1汉明码编码器的仿真
参考文献
第8章运用Verilog HDL描述组合逻辑和时序逻辑
8.1描述数据流模式：回顾连续赋值语句
8.2描述行为模式：时序模块
8.3时序语句模块：阻塞和非阻塞
8.3.1时序语句
8.4用时序模块描述组合逻辑
8.5用时序模块描述时序逻辑
8.6描述存储芯片
8.7描述FSM
8.7.1实例1：国际象棋比赛计时器
8.7.2实例2：带有自动落锁功能的密码锁FSM
参考文献
第9章异步FSM
9.1概述
9.2事件触发逻辑的设计
9.3使用时序公式综合事件FSM
9.3.1捷径法则
9.4在可编程逻辑器件里运用乘积求和公式的设计方法
9.4.1去掉当前状态和下一个状态的标记：n和n 1
9.5运用事件触发的方法设计带有指示功能的单脉冲发生器FSM
9.6另一个事件触发FSM的完整案例
9.6.1重要说明
9.6.2带有电流监视器的电机控制系统
9.7用FSM控制悬停式割草机
9.7.1系统描述和解决方案
9.8没有输入条件的状态切换
9.9特例：微处理器地址空间响应
9.10运用米利（Mealy）型输出
9.10.1水箱水位控制系统的解决方案
9.11使用继电器的电路
9.12事件触发FSM里竞争冒险的条件
9.12.1输入信号之间的竞争
9.12.2二次状态变量之间的竞争
9.12.3主要变量和二次变量之间的竞争
9.13用微处理器系统产生等待周期
9.14用异步FSM设计甩干系统
9.15使用两路分支要注意的问题
9.16小结
参考文献
0章佩特里（Petri）网络
10.1简易佩特里网络概述
10.2使用佩特里网络设计简单时序逻辑
10.3并行佩特里网络
10.3.1另一个并行佩特里网络案例
10.4并行佩特里网络里的同步传输
10.4.1弧线的有效和失效
10.5用有效弧线和失效弧线同步两个佩特里网络
10.6共享资源的控制
10.7二进制数据的串行接收器
10.7.1**个佩特里网络的公式
10.7.2**个佩特里网络输出公式
10.7.3主佩特里网络公式
10.7.4主网络输出公式
10.7.5移位寄存器
10.7.6移位寄存器的公式
10.7.7 4位计数器
10.7.8数据锁存器
10.8小结
参考文献
附录
附录A本书所使用的逻辑门和布尔代数
A.1本书涉及的基本逻辑门符号和布尔代数表达式
A.2异或门和同或门
A.3布尔代数法则
A.3.1基本或法则
A.3.2基本与法则
A.3.3结合律和交换律
A.3.4分配律
A.3.5针对静态逻辑1竞争冒险的辅助法则
A.3.6统一法则
A.3.7逻辑门里信号的延迟效应
A.3.8De Morgan法则
A.4运用布尔代数的一些例子
A.4.1将与门和或门转换成与非门
A.4.2将与门和或门转换成或非门
A.4.3逻辑相邻定律
A.5小结
附录B计数器和移位寄存器电路设计方法
B.1同步二进制递增或递减计数器
B.2用T触发器构建4位同步递增计数器
B.3并行加载计数器：运用T触发器
B.4在低成本PLD器件平台上用D触发器来构建并行加载计数器
B.5二进制递增计数器：带有并行输入
B.6驱动计数器（包括FSM）的时钟电路
B.7使用自由状态设计计数器
B.8移位寄存器
B.9第4章里的异步接收器
B.9.1异步接收器中用到的11位移位寄存器
B.9.2 4位计数器338
B.9.3第4章异步接收模块的系统仿真
B.10小结
附录C使用Verilog HDL仿真FSM
C.1概述
C.2单脉冲同步FSM设计：使用VerilogHDL仿真
C.2.1系统概述
C.2.2模块框图
C.2.3状态图
C.2.4状态图对应的公式
C.2.5Verilog描述代码
C.3测试平台和其存在的目的
C.4使用SynaptiCAD公司的VeriLoggerExtreme仿真器
C.5小结
附录D运用Verilog行为模式构建FSM
D.1概述
D.2回顾带有指示功能的单脉冲/多脉冲发生器FSM
D.35.6节中存储芯片测试系统
D.4小结

作者介绍

文摘

序言

《数字电路设计：从理论到实践》 深入探索数字世界的构建基石 在日新月异的电子技术浪潮中，数字电路作为现代电子设备的核心驱动力，其重要性不言而喻。从智能手机的微处理器到高性能计算集群，从嵌入式系统的微控制器到复杂的通信网络，无不依赖于精心设计的数字电路。本书旨在为广大工程技术人员、高校学生以及对数字电路设计充满热情的爱好者提供一本全面、深入且实用的参考指南，帮助读者掌握现代数字电路设计的关键概念、理论基础与实践方法。 本书并非一本仅仅罗列技术细节的枯燥手册，而是试图构建一个完整的知识体系，带领读者从最基础的逻辑门开始，逐步攀升至复杂的系统级设计。我们将深入剖析数字电路设计的原理，强调理论与实践的紧密结合，使读者不仅知其然，更能知其所以然。 核心内容概述： 第一部分：数字逻辑基础与组合逻辑设计 在深入复杂的数字系统设计之前，扎实的逻辑基础至关重要。本部分将从最基本的数字信号和逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）入手，详细介绍布尔代数及其化简方法，包括卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）算法。我们将探讨如何利用这些工具来优化逻辑函数，减少硬件资源消耗，提高电路性能。 接着，我们将详细讲解组合逻辑电路的各种典型结构，例如译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、多路选择器（Multiplexer）、数据选择器（Demultiplexer）以及加法器（Adder）、减法器（Subtractor）等算术逻辑单元。我们会通过大量的实例，演示如何根据需求设计这些电路，并分析它们的时序特性和潜在问题。 第二部分：时序逻辑电路与状态机设计 数字电路的强大之处在于其能够存储信息并根据时间序列进行操作。本部分将重点介绍时序逻辑电路，包括触发器（Flip-Flop，如SR, JK, D, T触发器）和锁存器（Latch）的工作原理、特性和应用。我们将深入理解时钟信号的作用，以及触发器如何在时钟边缘完成状态的翻转。 在此基础上，我们将引出状态机（Finite State Machine, FSM）这一强大的抽象模型。状态机是描述和设计同步时序电路的通用方法。本书将详细介绍摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的区别与联系，讲解状态图（State Diagram）和状态表（State Table）的绘制方法，以及如何将状态机转化为实际的硬件电路。我们将通过一系列经典的实例，如交通信号灯控制器、序列检测器、自动售货机控制器等，来展示状态机在解决实际问题中的强大威力。 第三部分：硬件描述语言（HDL）在数字电路设计中的应用 在现代数字电路设计流程中，硬件描述语言（HDL）已成为不可或缺的工具。本部分将聚焦于当前业界主流的HDL之一——Verilog HDL。我们将系统地介绍Verilog HDL的语法结构、数据类型、运算符、行为级建模、数据流建模和结构级建模等核心概念。 Verilog HDL 基础： 从基本的模块（module）定义，到信号声明（wire, reg），再到各种赋值语句（assign, always），我们将逐一讲解，并提供清晰的代码示例。 行为级建模： 学习如何使用`always`块来描述组合逻辑和时序逻辑的行为，包括阻塞赋值（blocking assignment）和非阻塞赋值（non-blocking assignment）的区别与应用场景。 数据流建模： 掌握如何利用`assign`语句实现组合逻辑的并行赋值，这对于描述逻辑门的连接和简单组合电路非常有效。 结构级建模： 学习如何将设计的逻辑模块实例化，并用导线连接它们，以构建复杂的系统。 面向综合的HDL设计： 强调编写可综合（Synthesizable）的Verilog代码的重要性，理解哪些HDL结构可以被综合工具有效地转化为实际的硬件电路，以及哪些需要避免。 时序控制与同步设计： 学习如何在Verilog中精确地描述时钟信号、复位信号以及其他控制信号，确保设计的时序正确性。 典型模块的HDL实现： 将前面章节介绍的组合逻辑和时序逻辑单元，例如加法器、多路选择器、触发器、计数器、移位寄存器等，用Verilog HDL进行实现，并进行仿真验证。 第四部分：复杂数字系统设计与高级主题 在掌握了基础知识和HDL技能后，我们将进一步探讨更复杂的数字系统设计。本部分将涉及： 计数器与移位寄存器： 深入分析不同类型的计数器（同步/异步，加/减，可预置）和移位寄存器（SISO, SIPO, PISO, PIPO）的设计与应用。 存储器接口设计： 介绍RAM（Random Access Memory）和ROM（Read Only Memory）的基本原理，以及如何使用HDL进行简单的存储器接口设计。 中断控制器与总线接口： 简要介绍中断处理机制以及基本的总线协议（如AXI Lite），使读者对嵌入式系统中的通信方式有所了解。 时钟与复位管理： 探讨在复杂系统中如何设计和管理时钟域（Clock Domain Crossing, CDC）和复位（Reset）策略，这是保证系统稳定运行的关键。 FPGA/ASIC设计流程概述： 简要介绍从HDL代码到最终硬件实现的整个流程，包括逻辑综合（Synthesis）、布局布线（Place and Route）等关键步骤，以及仿真（Simulation）、时序分析（Timing Analysis）和物理验证（Physical Verification）的重要性。 常用数字IP核介绍： 简要介绍一些常见的、可重用的数字IP核（Intellectual Property Cores），例如UART、SPI、I2C等，以及它们在实际项目中的应用。 第五部分：设计实践与调试技巧 理论知识的掌握需要通过实践来巩固。本部分将侧重于实际的设计和调试过程： 仿真验证策略： 讲解如何编写有效的测试平台（Testbench）来全面验证设计的正确性，包括激励生成、波形观测、断言（Assertions）等。 时序约束与分析： 介绍时序约束（Timing Constraints）的重要性，以及如何利用EDA工具进行时序分析，发现并解决潜在的时序违例（Timing Violations）。 硬件实现与调试： 简要介绍将设计下载到FPGA开发板上进行硬件调试的方法，包括信号探针（Signal Probing）、逻辑分析仪（Logic Analyzer）的使用等。 常见设计陷阱与优化： 总结在数字电路设计过程中常见的错误和低效实现方式，并提供相应的优化建议。 本书的特色： 理论与实践并重： 每一章节的理论讲解都紧密结合实际设计案例，通过具体的HDL代码和仿真结果来加深理解。 循序渐进的难度： 从最基础的概念开始，逐步深入到复杂的系统级设计，适合不同层次的读者。 强调可综合设计： 重点教授如何编写能够被综合工具有效地转化为硬件的代码，为实际的项目开发打下坚实基础。 丰富的实例分析： 大量的工程实例贯穿全书，帮助读者将抽象的理论知识转化为具体的解决方案。 贴近工程实际： 融入了许多在实际工程项目中会遇到的问题和解决方案，使读者能够快速适应工程开发环境。 目标读者： 高校电子工程、计算机科学、自动化等专业学生： 作为课程的辅助教材或自学参考，系统学习数字电路设计理论与实践。 电子工程师、嵌入式系统开发工程师： 提升数字电路设计能力，掌握现代HDL设计方法，提高工作效率。 对数字逻辑和硬件开发感兴趣的业余爱好者： 踏入数字电路设计领域，掌握核心技能，实现自己的创意。 本书的编写力求内容准确、条理清晰、通俗易懂，并辅以大量的图示和代码示例。我们希望通过这本书，能够激发读者对数字电路设计的兴趣，并为其在相关领域的学习和工作提供有力的支持。掌握了数字电路的设计，就如同掌握了构建现代数字世界的钥匙，其应用前景广阔，意义深远。让我们一起踏上这段精彩的数字电路设计之旅！

评分☆☆☆☆☆

读完《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》，我感觉自己对数字电路的设计思路有了翻天覆地的改变。之前，我总是被各种抽象的逻辑符号和电路图弄得头晕眼花，感觉自己离实际的电路实现遥遥无期。但是，这本书通过将FSM作为一种强大的设计方法论，让我看到了一个清晰的设计路径。FSM的设计过程，从状态定义、状态转移图到状态转移表的构建，都非常系统化，让我不再感到无从下手。而Verilog HDL的引入，则更是锦上添花。书中将Verilog HDL的语法巧妙地融入到FSM的设计实现中，让学习过程变得高效且有趣。我不再是为了学Verilog HDL而学，而是为了实现FSM设计而自然地掌握Verilog HDL。大量的代码示例，清晰的注释，以及对代码效率和规范性的讲解，都让我受益匪浅。我尝试着按照书中的方法，用Verilog HDL去实现了一些简单的FSM，感觉自己真的能够从概念到硬件，一步步构建出真实的数字电路。这种成就感是无与伦比的。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我重拾对数字电路设计信心的佳作！我曾经在学习数字逻辑时，因为对状态机的理解不够透彻，以及对硬件描述语言的陌生，而感到沮丧。这本书，恰恰解决了我的痛点。它以FSM为核心，将抽象的状态概念具体化，通过丰富的图示和实例，让我能够轻松地理解各种状态机的工作原理和设计方法。更难能可贵的是，它并没有止步于FSM理论，而是将Verilog HDL作为实现工具，将理论与实践无缝对接。书中对Verilog HDL的讲解，不是生硬的语法罗列，而是紧密围绕FSM的设计过程展开，让你在理解FSM逻辑的同时，自然而然地学会如何用Verilog HDL来描述和实现。我尤其喜欢书中对于不同状态编码方式的讨论，以及它们对电路性能的影响，这让我能够更深入地理解设计的细节。这本书的语言风格也很亲切，没有过多的术语堆砌，使得整个学习过程都非常流畅和愉快。

评分☆☆☆☆☆

《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》这本书，绝对是我在数字电路设计学习道路上遇到的一个里程碑。它没有让我沉浸在枯燥的理论海洋，也没有让我迷失在代码的迷宫。相反，它用一种非常巧妙的方式，将FSM（有限状态机）这一强大的逻辑设计方法论，与Verilog HDL这一重要的硬件描述语言，进行了完美的融合。我一直觉得，理解FSM的精髓是设计复杂数字系统的关键，而这本书，通过清晰的状态图、状态转移表以及大量的实际应用案例，把FSM的原理讲得通俗易懂，仿佛在我脑海中构建了一个清晰的逻辑框架。更棒的是，它并没有停留在理论层面，而是立刻带领我进入Verilog HDL的实践世界。书中提供的Verilog HDL代码，不仅结构清晰，注释详尽，而且与FSM的设计过程紧密结合，让我能够边学Verilog HDL，边理解电路的实现逻辑。这种“知行合一”的学习方式，极大地提升了我的学习效率和动手能力，让我能够真正地将所学知识转化为实际的设计成果。

评分☆☆☆☆☆

这本《基于FSM和Verilog HDL的数字电路设计》真是让我大开眼界！一直以来，我对数字电路设计都抱着一种敬畏又好奇的态度，总觉得它深奥难懂。但这本书，却像一位循循善诱的老师，把我一步步领进了数字设计的殿堂。FSM（有限状态机）的概念，以前只是在理论课本上看到过，总觉得 abstrak（抽象），但书中通过大量生动形象的例子，比如交通灯控制、电梯调度等，把FSM的原理讲得淋漓尽致。我尤其喜欢它讲解状态转移的图示，直观易懂，让人瞬间就能把握住FSM的核心思想。而Verilog HDL，这门强大的硬件描述语言，以前对我来说就像天书，各种语法和关键字让人望而却步。然而，这本书的讲解方式却非常接地气，它不是枯燥地罗列语法，而是将Verilog HDL与FSM的设计过程紧密结合起来，让我们在实际应用中学习语言。每一段代码都附有详细的注释，解释了每一行代码的作用，以及它如何实现特定的逻辑功能。这种“学以致用”的学习方式，极大地激发了我的学习兴趣，也让我对Verilog HDL的掌握变得更加扎实。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是真正地参与到数字电路的设计过程中，仿佛真的在用代码“创造”着电路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，简直是数字电路设计领域的一股清流！我之所以这么说，是因为它在理论深度和实践指导之间找到了一个完美的平衡点。很多同类书籍，要么过于偏重理论，读起来味同嚼蜡，要么过于注重代码堆砌，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》却恰恰避开了这些陷阱。它在讲解FSM时，不仅仅停留在概念层面，还深入探讨了不同类型的FSM（如摩尔型和米利型）的优缺点，以及在实际设计中如何根据具体需求进行选择。更重要的是，它将FSM的设计流程与Verilog HDL的编写紧密结合，让你在学习Verilog HDL语法的同时，能够理解这些语法是如何被用来描述和实现复杂的逻辑功能的。书中提供的众多案例，从简单的组合逻辑电路到复杂的时序逻辑电路，都经过精心设计，既能涵盖FSM和Verilog HDL的核心知识点，又具有一定的挑战性，能够锻炼读者的实际设计能力。我最欣赏的一点是，它在讲解代码时，不仅仅是给出代码，还会对代码的可读性、可维护性进行讨论，这对于培养良好的编程习惯至关重要。