基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計 9787111532927 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[英] 皮德.明斯等 著

圖書標籤:

• 數字電路設計
• FSM
• Verilog HDL
• 狀態機
• 硬件描述語言
• 可編程邏輯器件
• FPGA
• 數字係統設計
• 電子工程
• 教材

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111532927

商品編碼：29623522198

包裝：平裝

齣版時間：2016-06-01

基本信息

書名:基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計

定價：120.00元

售價：90.0元,便宜30.0元,摺扣75

作者:皮德.明斯等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-06-01

ISBN：9787111532927

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

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館配的重點書

內容提要

本書介紹瞭基於有限狀態機（FSM）的數字電路硬件設計，通過結閤工程案例來展示FSM是如何融入其中的。同時，本書還運用硬件描述語言VerilogHDL，通過編寫可執行和仿真的代碼，讓讀者從實際應用的角度獲得一個完整的數字電路的設計思路。本書從設計方法，到編程語言，比較係統地介紹瞭數字電路的硬件設計，並結閤實際案例進行詳細的剖析。讀者能夠從本書中學到完整的設計思路，並可以藉鑒或整閤到自己的方案中，極大地方便瞭相關高校學生與專業人士的學習和運用。

目錄

目錄
譯者序
原書前言
章有限狀態機和狀態圖以及數字電路和係統設計的基本概念
1.1概述
1.2學習資料
1.3小結
第2章使用狀態圖控製外部硬件分係統20
2.1概述
2.2學習資料
2.3小結
第3章根據狀態圖綜閤硬件電路
3.1關於FSM的綜閤
3.2學習資料
3.3小結
第4章同步FSM設計
4.1傳統狀態圖的綜閤方法
4.2處理未使用的狀態
4.3信號高/低位指示係統
4.3.1使用測試平颱測試FSM
4.4簡易波形發生器
4.4.1采樣頻率和每種波形的采樣個數
4.5骰子遊戲
4.5.1骰子遊戲係統公式
4.6二進製數據串行發送係統
4.6.1圖4.15移位寄存器裏的RE計數單元
4.7串行異步接收係統
4.7.1FSM公式
4.8加入奇偶校驗的串行接收係統
4.8.1整閤奇偶校驗83
4.8.2圖4.26對應的D觸發器公式
4.9異步串行發送係統
4.9.1異步串行發送係統公式
4.10看門狗電路
4.10.1D觸發器公式
4.10.2輸齣公式
4.11小結
第5章運用獨熱編碼技術設計FSM
5.1獨熱編碼簡介
5.2數據采集係統
5.3內存共享係統
5.4簡易波形發生器
5.4.1工作原理
5.4.2解決方案
5.4.3 D觸發器輸入端d對應的方程
5.4.4輸齣公式
5.5運用微處理器（微控製器）控製FSM
5.6存儲芯片測試係統
5.7獨熱編碼和第4章常規設計方法的對比
5.8動態存儲空間訪問控製係統
5.8.1觸發器公式
5.8.2輸齣公式
5.9如何運用微處理器來控製DMA係統
5.10使用FSM檢測連續的二進製序列
5.11小結
第6章Verilog HDL
6.1硬件描述語言背景介紹
6.2用Verilog HDL進行硬件建模：模塊
6.3模塊的嵌套：建立構架
6.4Verilog HDL仿真：一個完整的設計過程
參考文獻
第7章Verilog HDL體係
7.1內置基本單元和類
7.1.1Verilog的類
7.1.2Verilog邏輯值和數字值
7.1.3如何賦值
7.1.4Verilog HDL基本門電路
7.2操作符和描述語句
7.3Verilog HDL操作符運用案例：漢明碼編碼器
7.3.1漢明碼編碼器的仿真
參考文獻
第8章運用Verilog HDL描述組閤邏輯和時序邏輯
8.1描述數據流模式：迴顧連續賦值語句
8.2描述行為模式：時序模塊
8.3時序語句模塊：阻塞和非阻塞
8.3.1時序語句
8.4用時序模塊描述組閤邏輯
8.5用時序模塊描述時序邏輯
8.6描述存儲芯片
8.7描述FSM
8.7.1實例1：國際象棋比賽計時器
8.7.2實例2：帶有自動落鎖功能的密碼鎖FSM
參考文獻
第9章異步FSM
9.1概述
9.2事件觸發邏輯的設計
9.3使用時序公式綜閤事件FSM
9.3.1捷徑法則
9.4在可編程邏輯器件裏運用乘積求和公式的設計方法
9.4.1去掉當前狀態和下一個狀態的標記：n和n 1
9.5運用事件觸發的方法設計帶有指示功能的單脈衝發生器FSM
9.6另一個事件觸發FSM的完整案例
9.6.1重要說明
9.6.2帶有電流監視器的電機控製係統
9.7用FSM控製懸停式割草機
9.7.1係統描述和解決方案
9.8沒有輸入條件的狀態切換
9.9特例：微處理器地址空間響應
9.10運用米利（Mealy）型輸齣
9.10.1水箱水位控製係統的解決方案
9.11使用繼電器的電路
9.12事件觸發FSM裏競爭冒險的條件
9.12.1輸入信號之間的競爭
9.12.2二次狀態變量之間的競爭
9.12.3主要變量和二次變量之間的競爭
9.13用微處理器係統産生等待周期
9.14用異步FSM設計甩乾係統
9.15使用兩路分支要注意的問題
9.16小結
參考文獻
0章佩特裏（Petri）網絡
10.1簡易佩特裏網絡概述
10.2使用佩特裏網絡設計簡單時序邏輯
10.3並行佩特裏網絡
10.3.1另一個並行佩特裏網絡案例
10.4並行佩特裏網絡裏的同步傳輸
10.4.1弧綫的有效和失效
10.5用有效弧綫和失效弧綫同步兩個佩特裏網絡
10.6共享資源的控製
10.7二進製數據的串行接收器
10.7.1**個佩特裏網絡的公式
10.7.2**個佩特裏網絡輸齣公式
10.7.3主佩特裏網絡公式
10.7.4主網絡輸齣公式
10.7.5移位寄存器
10.7.6移位寄存器的公式
10.7.7 4位計數器
10.7.8數據鎖存器
10.8小結
參考文獻
附錄
附錄A本書所使用的邏輯門和布爾代數
A.1本書涉及的基本邏輯門符號和布爾代數錶達式
A.2異或門和同或門
A.3布爾代數法則
A.3.1基本或法則
A.3.2基本與法則
A.3.3結閤律和交換律
A.3.4分配律
A.3.5針對靜態邏輯1競爭冒險的輔助法則
A.3.6統一法則
A.3.7邏輯門裏信號的延遲效應
A.3.8De Morgan法則
A.4運用布爾代數的一些例子
A.4.1將與門和或門轉換成與非門
A.4.2將與門和或門轉換成或非門
A.4.3邏輯相鄰定律
A.5小結
附錄B計數器和移位寄存器電路設計方法
B.1同步二進製遞增或遞減計數器
B.2用T觸發器構建4位同步遞增計數器
B.3並行加載計數器：運用T觸發器
B.4在低成本PLD器件平颱上用D觸發器來構建並行加載計數器
B.5二進製遞增計數器：帶有並行輸入
B.6驅動計數器（包括FSM）的時鍾電路
B.7使用自由狀態設計計數器
B.8移位寄存器
B.9第4章裏的異步接收器
B.9.1異步接收器中用到的11位移位寄存器
B.9.2 4位計數器338
B.9.3第4章異步接收模塊的係統仿真
B.10小結
附錄C使用Verilog HDL仿真FSM
C.1概述
C.2單脈衝同步FSM設計：使用VerilogHDL仿真
C.2.1係統概述
C.2.2模塊框圖
C.2.3狀態圖
C.2.4狀態圖對應的公式
C.2.5Verilog描述代碼
C.3測試平颱和其存在的目的
C.4使用SynaptiCAD公司的VeriLoggerExtreme仿真器
C.5小結
附錄D運用Verilog行為模式構建FSM
D.1概述
D.2迴顧帶有指示功能的單脈衝/多脈衝發生器FSM
D.35.6節中存儲芯片測試係統
D.4小結

作者介紹

文摘

序言

《數字電路設計：從理論到實踐》 深入探索數字世界的構建基石 在日新月異的電子技術浪潮中，數字電路作為現代電子設備的核心驅動力，其重要性不言而喻。從智能手機的微處理器到高性能計算集群，從嵌入式係統的微控製器到復雜的通信網絡，無不依賴於精心設計的數字電路。本書旨在為廣大工程技術人員、高校學生以及對數字電路設計充滿熱情的愛好者提供一本全麵、深入且實用的參考指南，幫助讀者掌握現代數字電路設計的關鍵概念、理論基礎與實踐方法。 本書並非一本僅僅羅列技術細節的枯燥手冊，而是試圖構建一個完整的知識體係，帶領讀者從最基礎的邏輯門開始，逐步攀升至復雜的係統級設計。我們將深入剖析數字電路設計的原理，強調理論與實踐的緊密結閤，使讀者不僅知其然，更能知其所以然。 核心內容概述： 第一部分：數字邏輯基礎與組閤邏輯設計 在深入復雜的數字係統設計之前，紮實的邏輯基礎至關重要。本部分將從最基本的數字信號和邏輯門（AND, OR, NOT, XOR等）入手，詳細介紹布爾代數及其化簡方法，包括卡諾圖（Karnaugh Map）和奎因-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）算法。我們將探討如何利用這些工具來優化邏輯函數，減少硬件資源消耗，提高電路性能。 接著，我們將詳細講解組閤邏輯電路的各種典型結構，例如譯碼器（Decoder）、編碼器（Encoder）、多路選擇器（Multiplexer）、數據選擇器（Demultiplexer）以及加法器（Adder）、減法器（Subtractor）等算術邏輯單元。我們會通過大量的實例，演示如何根據需求設計這些電路，並分析它們的時序特性和潛在問題。 第二部分：時序邏輯電路與狀態機設計 數字電路的強大之處在於其能夠存儲信息並根據時間序列進行操作。本部分將重點介紹時序邏輯電路，包括觸發器（Flip-Flop，如SR, JK, D, T觸發器）和鎖存器（Latch）的工作原理、特性和應用。我們將深入理解時鍾信號的作用，以及觸發器如何在時鍾邊緣完成狀態的翻轉。 在此基礎上，我們將引齣狀態機（Finite State Machine, FSM）這一強大的抽象模型。狀態機是描述和設計同步時序電路的通用方法。本書將詳細介紹摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型狀態機的區彆與聯係，講解狀態圖（State Diagram）和狀態錶（State Table）的繪製方法，以及如何將狀態機轉化為實際的硬件電路。我們將通過一係列經典的實例，如交通信號燈控製器、序列檢測器、自動售貨機控製器等，來展示狀態機在解決實際問題中的強大威力。 第三部分：硬件描述語言（HDL）在數字電路設計中的應用 在現代數字電路設計流程中，硬件描述語言（HDL）已成為不可或缺的工具。本部分將聚焦於當前業界主流的HDL之一——Verilog HDL。我們將係統地介紹Verilog HDL的語法結構、數據類型、運算符、行為級建模、數據流建模和結構級建模等核心概念。 Verilog HDL 基礎： 從基本的模塊（module）定義，到信號聲明（wire, reg），再到各種賦值語句（assign, always），我們將逐一講解，並提供清晰的代碼示例。 行為級建模： 學習如何使用`always`塊來描述組閤邏輯和時序邏輯的行為，包括阻塞賦值（blocking assignment）和非阻塞賦值（non-blocking assignment）的區彆與應用場景。 數據流建模： 掌握如何利用`assign`語句實現組閤邏輯的並行賦值，這對於描述邏輯門的連接和簡單組閤電路非常有效。 結構級建模： 學習如何將設計的邏輯模塊實例化，並用導綫連接它們，以構建復雜的係統。 麵嚮綜閤的HDL設計： 強調編寫可綜閤（Synthesizable）的Verilog代碼的重要性，理解哪些HDL結構可以被綜閤工具有效地轉化為實際的硬件電路，以及哪些需要避免。 時序控製與同步設計： 學習如何在Verilog中精確地描述時鍾信號、復位信號以及其他控製信號，確保設計的時序正確性。 典型模塊的HDL實現： 將前麵章節介紹的組閤邏輯和時序邏輯單元，例如加法器、多路選擇器、觸發器、計數器、移位寄存器等，用Verilog HDL進行實現，並進行仿真驗證。 第四部分：復雜數字係統設計與高級主題 在掌握瞭基礎知識和HDL技能後，我們將進一步探討更復雜的數字係統設計。本部分將涉及： 計數器與移位寄存器： 深入分析不同類型的計數器（同步/異步，加/減，可預置）和移位寄存器（SISO, SIPO, PISO, PIPO）的設計與應用。 存儲器接口設計： 介紹RAM（Random Access Memory）和ROM（Read Only Memory）的基本原理，以及如何使用HDL進行簡單的存儲器接口設計。 中斷控製器與總綫接口： 簡要介紹中斷處理機製以及基本的總綫協議（如AXI Lite），使讀者對嵌入式係統中的通信方式有所瞭解。 時鍾與復位管理： 探討在復雜係統中如何設計和管理時鍾域（Clock Domain Crossing, CDC）和復位（Reset）策略，這是保證係統穩定運行的關鍵。 FPGA/ASIC設計流程概述： 簡要介紹從HDL代碼到最終硬件實現的整個流程，包括邏輯綜閤（Synthesis）、布局布綫（Place and Route）等關鍵步驟，以及仿真（Simulation）、時序分析（Timing Analysis）和物理驗證（Physical Verification）的重要性。 常用數字IP核介紹： 簡要介紹一些常見的、可重用的數字IP核（Intellectual Property Cores），例如UART、SPI、I2C等，以及它們在實際項目中的應用。 第五部分：設計實踐與調試技巧 理論知識的掌握需要通過實踐來鞏固。本部分將側重於實際的設計和調試過程： 仿真驗證策略： 講解如何編寫有效的測試平颱（Testbench）來全麵驗證設計的正確性，包括激勵生成、波形觀測、斷言（Assertions）等。 時序約束與分析： 介紹時序約束（Timing Constraints）的重要性，以及如何利用EDA工具進行時序分析，發現並解決潛在的時序違例（Timing Violations）。 硬件實現與調試： 簡要介紹將設計下載到FPGA開發闆上進行硬件調試的方法，包括信號探針（Signal Probing）、邏輯分析儀（Logic Analyzer）的使用等。 常見設計陷阱與優化： 總結在數字電路設計過程中常見的錯誤和低效實現方式，並提供相應的優化建議。 本書的特色： 理論與實踐並重： 每一章節的理論講解都緊密結閤實際設計案例，通過具體的HDL代碼和仿真結果來加深理解。 循序漸進的難度： 從最基礎的概念開始，逐步深入到復雜的係統級設計，適閤不同層次的讀者。 強調可綜閤設計： 重點教授如何編寫能夠被綜閤工具有效地轉化為硬件的代碼，為實際的項目開發打下堅實基礎。 豐富的實例分析： 大量的工程實例貫穿全書，幫助讀者將抽象的理論知識轉化為具體的解決方案。 貼近工程實際： 融入瞭許多在實際工程項目中會遇到的問題和解決方案，使讀者能夠快速適應工程開發環境。 目標讀者： 高校電子工程、計算機科學、自動化等專業學生： 作為課程的輔助教材或自學參考，係統學習數字電路設計理論與實踐。 電子工程師、嵌入式係統開發工程師： 提升數字電路設計能力，掌握現代HDL設計方法，提高工作效率。 對數字邏輯和硬件開發感興趣的業餘愛好者： 踏入數字電路設計領域，掌握核心技能，實現自己的創意。 本書的編寫力求內容準確、條理清晰、通俗易懂，並輔以大量的圖示和代碼示例。我們希望通過這本書，能夠激發讀者對數字電路設計的興趣，並為其在相關領域的學習和工作提供有力的支持。掌握瞭數字電路的設計，就如同掌握瞭構建現代數字世界的鑰匙，其應用前景廣闊，意義深遠。讓我們一起踏上這段精彩的數字電路設計之旅！

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，簡直是數字電路設計領域的一股清流！我之所以這麼說，是因為它在理論深度和實踐指導之間找到瞭一個完美的平衡點。很多同類書籍，要麼過於偏重理論，讀起來味同嚼蠟，要麼過於注重代碼堆砌，缺乏對底層原理的深入剖析。而《基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計》卻恰恰避開瞭這些陷阱。它在講解FSM時，不僅僅停留在概念層麵，還深入探討瞭不同類型的FSM（如摩爾型和米利型）的優缺點，以及在實際設計中如何根據具體需求進行選擇。更重要的是，它將FSM的設計流程與Verilog HDL的編寫緊密結閤，讓你在學習Verilog HDL語法的同時，能夠理解這些語法是如何被用來描述和實現復雜的邏輯功能的。書中提供的眾多案例，從簡單的組閤邏輯電路到復雜的時序邏輯電路，都經過精心設計，既能涵蓋FSM和Verilog HDL的核心知識點，又具有一定的挑戰性，能夠鍛煉讀者的實際設計能力。我最欣賞的一點是，它在講解代碼時，不僅僅是給齣代碼，還會對代碼的可讀性、可維護性進行討論，這對於培養良好的編程習慣至關重要。

評分☆☆☆☆☆

讀完《基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計》，我感覺自己對數字電路的設計思路有瞭翻天覆地的改變。之前，我總是被各種抽象的邏輯符號和電路圖弄得頭暈眼花，感覺自己離實際的電路實現遙遙無期。但是，這本書通過將FSM作為一種強大的設計方法論，讓我看到瞭一個清晰的設計路徑。FSM的設計過程，從狀態定義、狀態轉移圖到狀態轉移錶的構建，都非常係統化，讓我不再感到無從下手。而Verilog HDL的引入，則更是錦上添花。書中將Verilog HDL的語法巧妙地融入到FSM的設計實現中，讓學習過程變得高效且有趣。我不再是為瞭學Verilog HDL而學，而是為瞭實現FSM設計而自然地掌握Verilog HDL。大量的代碼示例，清晰的注釋，以及對代碼效率和規範性的講解，都讓我受益匪淺。我嘗試著按照書中的方法，用Verilog HDL去實現瞭一些簡單的FSM，感覺自己真的能夠從概念到硬件，一步步構建齣真實的數字電路。這種成就感是無與倫比的。

評分☆☆☆☆☆

《基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計》這本書，絕對是我在數字電路設計學習道路上遇到的一個裏程碑。它沒有讓我沉浸在枯燥的理論海洋，也沒有讓我迷失在代碼的迷宮。相反，它用一種非常巧妙的方式，將FSM（有限狀態機）這一強大的邏輯設計方法論，與Verilog HDL這一重要的硬件描述語言，進行瞭完美的融閤。我一直覺得，理解FSM的精髓是設計復雜數字係統的關鍵，而這本書，通過清晰的狀態圖、狀態轉移錶以及大量的實際應用案例，把FSM的原理講得通俗易懂，仿佛在我腦海中構建瞭一個清晰的邏輯框架。更棒的是，它並沒有停留在理論層麵，而是立刻帶領我進入Verilog HDL的實踐世界。書中提供的Verilog HDL代碼，不僅結構清晰，注釋詳盡，而且與FSM的設計過程緊密結閤，讓我能夠邊學Verilog HDL，邊理解電路的實現邏輯。這種“知行閤一”的學習方式，極大地提升瞭我的學習效率和動手能力，讓我能夠真正地將所學知識轉化為實際的設計成果。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我重拾對數字電路設計信心的佳作！我曾經在學習數字邏輯時，因為對狀態機的理解不夠透徹，以及對硬件描述語言的陌生，而感到沮喪。這本書，恰恰解決瞭我的痛點。它以FSM為核心，將抽象的狀態概念具體化，通過豐富的圖示和實例，讓我能夠輕鬆地理解各種狀態機的工作原理和設計方法。更難能可貴的是，它並沒有止步於FSM理論，而是將Verilog HDL作為實現工具，將理論與實踐無縫對接。書中對Verilog HDL的講解，不是生硬的語法羅列，而是緊密圍繞FSM的設計過程展開，讓你在理解FSM邏輯的同時，自然而然地學會如何用Verilog HDL來描述和實現。我尤其喜歡書中對於不同狀態編碼方式的討論，以及它們對電路性能的影響，這讓我能夠更深入地理解設計的細節。這本書的語言風格也很親切，沒有過多的術語堆砌，使得整個學習過程都非常流暢和愉快。

評分☆☆☆☆☆

這本《基於FSM和Verilog HDL的數字電路設計》真是讓我大開眼界！一直以來，我對數字電路設計都抱著一種敬畏又好奇的態度，總覺得它深奧難懂。但這本書，卻像一位循循善誘的老師，把我一步步領進瞭數字設計的殿堂。FSM（有限狀態機）的概念，以前隻是在理論課本上看到過，總覺得 abstrak（抽象），但書中通過大量生動形象的例子，比如交通燈控製、電梯調度等，把FSM的原理講得淋灕盡緻。我尤其喜歡它講解狀態轉移的圖示，直觀易懂，讓人瞬間就能把握住FSM的核心思想。而Verilog HDL，這門強大的硬件描述語言，以前對我來說就像天書，各種語法和關鍵字讓人望而卻步。然而，這本書的講解方式卻非常接地氣，它不是枯燥地羅列語法，而是將Verilog HDL與FSM的設計過程緊密結閤起來，讓我們在實際應用中學習語言。每一段代碼都附有詳細的注釋，解釋瞭每一行代碼的作用，以及它如何實現特定的邏輯功能。這種“學以緻用”的學習方式，極大地激發瞭我的學習興趣，也讓我對Verilog HDL的掌握變得更加紮實。我感覺自己不再是被動地接受知識，而是真正地參與到數字電路的設計過程中，仿佛真的在用代碼“創造”著電路。