数字逻辑基础与Verilog设计(原书第3版) 9787111537281 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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加斯蒂芬 布朗 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111537281

商品编码：29624473565

包装：平装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名:数字逻辑基础与Verilog设计(原书第3版)

定价：89.00元

售价：66.8元,便宜22.2元,折扣75

作者:(加)斯蒂芬 布朗

出版社：机械工业出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787111537281

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

本书特色
详细介绍组合逻辑与时序逻辑电路的经典设计技术。
强调逻辑电路的模块化设计方法，介绍一些基本的电路模块，并应用到大型电路实现中。
Verilog语言是本书必不可少的一部分内容，书中通过一种通俗易懂的方式循序渐进地介绍该语言。
着重强调在设计与实现实际电路时采用的Verilog与CAD工具。
提供大量的教学实例，揭示一种适合采用现代数字电路技术（如FPGA与CPLD等可编程逻辑器件）的良好设计方式。

内容提要

本书第3版较第2版在内容结构上做了更新，从问题求解的角度重点介绍多种逻辑电路及其硬件描述语言Verilog实现的方法，着重于数字电路实现技术和数字系统设计两大核心内容。主要包括：数字电路设计流程、逻辑电路基础、算术运算电路、组合电路、存储元件、同步时序电路、逻辑功能优化、异步时序电路、完整的CAD电路设计流程以及电路测试等。本书包含了120多段Verilog示例代码，以说明如何采用Verilog语言描述不同的逻辑电路。

目录

作者介绍

斯蒂芬·布朗（Stephen Brown） 获得多伦多大学电子工程硕士和博士学位，于1992年进入多伦多大学任教，目前为该校电子与计算机工程系教授，同时在Altera公司发起的国际大学计划中担任理事职务。研究领域包括现场可编程VLSI技术以及计算机结构，发表了超过100篇论文。除了本书之外，与他人合编了另外2本知名教材：《Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design（第3版）》《Field Programmable Gate Arrays》。

斯万克·瓦拉纳西（Zvonko Vranesic） 拥有多伦多大学电子工程硕士和博士学位。现为该校电子与计算机工程系以及计算机科学系的荣誉退休教授。目前的研究领域包括计算机架构以及现场可编程VLSI技术研究。除了本书之外，与他人合编了另外3本知名教材：《Computer Organization and Embedded Systems（第6版）》《Microputer Structures》与《Field Programmable Gate Arrays》。

文摘

序言

《数字逻辑与Verilog实践》 一、本书缘起与目标读者 在信息时代飞速发展的浪潮中，数字集成电路的设计与实现已成为推动科技进步的核心动力。从智能手机到高性能服务器，从自动驾驶汽车到人工智能大脑，无不依赖于精巧设计的数字逻辑电路。然而，要掌握如此复杂的领域，离不开扎实的理论基础和熟练的设计工具。 《数字逻辑与Verilog实践》应运而生，旨在为初学者和进阶者提供一条清晰的学习路径，系统地构建数字逻辑设计的知识体系，并掌握业界广泛应用的硬件描述语言——Verilog。本书不仅教授抽象的逻辑理论，更强调理论与实践的结合，让读者在理解基本原理的同时，能够动手设计、仿真和实现真实的数字电路。 本书的目标读者包括： 电子信息工程、计算机科学与技术、微电子学等相关专业的本科生和研究生： 为课程学习提供坚实的理论支撑和实践指导。 从事数字电路设计、FPGA开发、ASIC设计的工程师： 帮助巩固和深化基础知识，提升Verilog设计技能。 对数字逻辑设计和硬件开发感兴趣的爱好者和自学者： 提供系统性的学习资源，开启硬件设计之旅。 二、本书核心内容概览 本书的编写遵循循序渐进的原则，从最基本的数字逻辑概念出发，逐步深入到复杂的系统设计。我们将理论知识与Verilog语言实践紧密结合，每一章节的理论讲解都会配以相应的Verilog代码示例，帮助读者更好地理解和掌握。 第一部分：数字逻辑基础 本部分将为读者打下坚实的数字逻辑基础，涵盖从最基本的逻辑门到组合逻辑和时序逻辑电路的设计与分析。 1. 数字系统与逻辑门： 数字世界初探： 介绍数字信号与模拟信号的区别，以及数字电路在现代技术中的重要性。 二进制、十进制与十六进制： 掌握不同进制之间的转换，这是进行逻辑运算的基础。 逻辑门的概念： 详细介绍AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR等基本逻辑门的功能、真值表和逻辑符号。 布尔代数基础： 引入布尔代数的公理和定理，学习如何化简逻辑表达式，理解逻辑门之间的运算关系。 逻辑门的实现： 简要介绍如何用晶体管等基本元件构建逻辑门，为理解数字电路的物理基础铺垫。 2. 组合逻辑电路： 组合逻辑的定义与特性： 理解组合逻辑电路的输出仅取决于当前输入，无记忆性。 逻辑函数的表示方法： 学习真值表、卡诺图（Karnaugh Map）等方法来表示和简化逻辑函数。 卡诺图的化简技巧： 详细讲解如何利用卡诺图对多变量逻辑函数进行最小项和最大项的化简。 常用组合逻辑模块： 编码器（Encoder）与译码器（Decoder）： 实现二进制到其他代码的转换，如BCD码译码器、七段数码管译码器。 多路选择器（Multiplexer，MUX）： 根据选择信号从多个输入中选择一个输出。 数据分配器（Demultiplexer，DEMUX）： 将一个输入数据送到多个输出中的一个。 加法器（Adder）与减法器（Subtractor）： 实现二进制的算术运算，包括半加器、全加器、并行加法器、超前进位加法器等。 比较器（Comparator）： 实现两个二进制数的比较。 逻辑电路的设计流程： 从需求分析到逻辑表达式的推导、化简，再到电路图的绘制。 3. 时序逻辑电路： 时序逻辑的定义与特性： 理解时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于其历史状态，具有记忆性。 触发器（Flip-Flop）： 基本触发器： RS触发器、JK触发器、T触发器。 主从触发器： 克服了边沿触发的限制。 D触发器： 最常用的一种触发器，用于存储数据。 边沿触发器： Clocked D Flip-Flop，触发器的状态变化发生在时钟信号的上升沿或下降沿。 寄存器（Register）： 存储多个比特数据的电路，通常由多个D触发器组成。 移位寄存器（Shift Register）： 数据可以并行输入或输出，或者串行移入或移出。介绍SISO、SIPO、PISO、PIPO等几种工作模式。 计数器（Counter）： 异步计数器（Ripple Counter）： 触发器之间不共用时钟信号，信号传播有延迟。 同步计数器（Synchronous Counter）： 所有触发器共用时钟信号，设计更复杂但速度更快。 加法计数器、减法计数器、可预置计数器、十进制计数器： 介绍各种类型计数器的设计与应用。 有限状态机（Finite State Machine，FSM）： 状态图和状态表： 用于描述FSM的输入、输出和状态转移。 摩尔（Moore）型状态机与米利（Mealy）型状态机： 分析两者的区别和适用场景。 FSM的设计流程： 从状态图到状态编码，再到逻辑电路的实现。 第二部分：Verilog HDL编程与实践 本部分将深入讲解Verilog硬件描述语言，带领读者掌握Verilog的语法、结构以及如何利用Verilog进行数字电路的设计、仿真和综合。 4. Verilog HDL入门： Verilog简介： 介绍Verilog的历史、特点以及在数字设计中的地位。 Verilog的基本结构： 模块（module）、端口（port）、赋值语句（assignment）。 数据类型与常量： `reg`、`wire`、`integer`、`time`等数据类型，以及数字、字符串常量。 运算符： 算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、位运算符、条件运算符等。 可综合的Verilog语法： 强调在进行逻辑综合时，哪些Verilog语句是可用的，哪些是不可用的。 5. Verilog建模： 行为级建模（Behavioral Modeling）： `always`块：`always @(posedge clk or negedge rst)` 描述时序逻辑，`always @()` 描述组合逻辑。 `if-else`语句、`case`语句：用于条件选择和状态转移。 `for`循环、`while`循环：用于生成重复结构或迭代过程。 数据流建模（Dataflow Modeling）： `assign`语句：用于描述组合逻辑，连续赋值。 并行执行的特点。 结构级建模（Structural Modeling）： 实例化（Instantiation）：如何调用其他模块。 门级（Gate-level）建模：使用Verilog提供的门级原语。 连接端口：信号线（wire）的声明与连接。 6. Verilog设计进阶： 参数化设计（Parameterization）： 使用`parameter`关键字使模块具有可配置性，提高代码的复用性。 生成语句（Generate Statement）： `generate-endgenerate`块，用于生成重复或条件性的硬件结构，非常适用于生成数组和多层逻辑。 任务（Tasks）与函数（Functions）： 编写可重用的代码块，简化设计。 时序控制与延迟： `wait`、``延时等（主要用于仿真，非可综合）。 阻塞赋值与非阻塞赋值： 深刻理解两者的区别，以及它们在时序逻辑和组合逻辑建模中的应用。 7. Verilog综合与仿真： 仿真基础： 仿真流程：编写Testbench，实例化被测模块（DUT），生成激励信号，监控输出。 Testbench的设计：如何使用`initial`块、`always`块、`repeat`、`for`等语句产生激励。 时序分析：理解时钟、延时等概念。 波形查看：理解仿真波形，调试设计。 逻辑综合（Synthesis）： 综合的概念：将HDL代码转换为门级网表。 综合工具与流程：介绍主流的综合工具，以及其基本工作流程。 约束文件（Constraints）：如何为综合工具指定时序、面积等目标。 代码风格与综合质量：编写易于综合且能生成高效硬件的代码。 第三部分：实际应用与项目设计 本部分将结合实际项目，帮助读者将所学理论和Verilog编程技能应用于解决实际问题。 8. 常用数字电路模块的Verilog实现： 数据通路设计： ALU（算术逻辑单元）、寄存器文件等。 控制通路设计： 状态机控制、指令译码等。 存储器接口设计： RAM、ROM的简单接口。 通信接口基础： UART（通用异步收发器）等简单通信协议的实现。 9. FPGA/ASIC设计流程概述： FPGA概述： 介绍FPGA的基本结构、工作原理和开发流程。 ASIC设计流程简介： 简单介绍ASIC设计的基本流程，与FPGA设计的异同。 设计验证： 强调验证在整个设计流程中的重要性。 10. 综合性设计项目： 一个简单的RISC处理器核心（示例）： 指令集设计。 数据通路与控制通路划分。 Verilog模块的详细设计与仿真。 （可选）简单的Testbench验证。 其他示例项目（如：简单的图像处理模块、数据采集系统等）： 根据实际情况选择，展示Verilog在不同领域的应用。 三、本书的特色与优势 理论与实践深度融合： 每一章节的理论知识都辅以大量的Verilog代码示例，强调“学以致用”。 循序渐进的学习曲线： 从基础概念到复杂系统，结构清晰，易于读者理解和掌握。 丰富的实例驱动： 大量实际的逻辑门电路、组合逻辑、时序逻辑以及Verilog设计实例，帮助读者建立直观的认识。 注重可综合性： 强调编写符合逻辑综合要求的Verilog代码，为后续硬件实现奠定基础。 涵盖设计流程： 不仅讲解编程技能，还涉及仿真、综合等重要的设计环节，帮助读者建立完整的数字设计概念。 语言风格清晰自然： 力求以一种易于理解和接受的方式来阐述复杂的技术概念，避免生硬的术语堆砌。 四、学习建议 动手实践是关键： 阅读本书的同时，务必在仿真工具（如ModelSim/QuestaSim、Vivado Simulator等）上运行书中的Verilog代码，并尝试修改和扩展。 理解仿真波形： 认真分析仿真波形，理解信号的变化过程，这是调试Verilog代码的必备技能。 循序渐进，夯实基础： 确保理解了前一章节的内容后再进入下一章节。数字逻辑的基础至关重要。 关注Verilog的可综合性： 在学习Verilog时，时刻牢记哪些语句是可综合的，哪些是只能用于仿真的。 积极提问与交流： 如果遇到难以理解的问题，不要气馁，积极寻求帮助，与同学、老师或社区进行交流。 结语 数字逻辑设计是现代电子工程和计算机科学的基石。掌握数字逻辑的原理和Verilog的设计方法，将为您开启无限的创新可能。本书希望成为您在这条探索之路上的良师益友，助您构建起坚实的理论大厦，并熟练地运用Verilog这把强大的工具，将您的创意转化为真实的数字世界。愿您在学习过程中，体会到数字逻辑设计的魅力与乐趣！

评分☆☆☆☆☆

这本书确实是我最近学习数字逻辑的入门首选，我之前对这方面完全是个小白，很多概念都模糊不清，阅读了市面上其他几本书，要么过于理论化，要么例子过于简单，很难真正理解其精髓。但这本书从最基础的门电路、逻辑表达式开始，循序渐进地讲解，让我能够一步步建立起清晰的认知。特别是关于组合逻辑和时序逻辑的章节，作者用非常形象的比喻和清晰的图示，将抽象的概念具象化，让我这个初学者也能恍然大悟。书中的Verilog HDL部分也是亮点，从基本的语法到常用的模块设计，都讲解得非常到位，而且每一个例子都伴有详细的解释和仿真波形，让我能够亲手实践，加深理解。我特别喜欢书中关于状态机设计的讲解，它通过几个实际的例子，一步步引导我理解状态机的设计思路和Verilog实现，这对于我之后进行FPGA开发至关重要。总的来说，这本书的知识体系非常完整，逻辑清晰，讲解深入浅出，非常适合作为数字逻辑和Verilog设计的入门教材。我非常推荐给所有想要深入了解数字逻辑设计的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对电子工程和计算机硬件充满好奇的爱好者，平时喜欢自己动手做一些小项目，但由于缺乏系统性的学习，对数字逻辑的理解一直停留在碎片化的阶段。这本书的出现，可以说是为我打开了一扇新的大门。它从最基础的概念讲起，像我这样零基础的读者也能轻松理解，并且它并没有将学习过程变得枯燥乏味。书中大量的插图和逻辑框图，将复杂的逻辑功能展示得一目了然，让我能够非常直观地掌握每一个知识点。Verilog语言的部分，对于我这样初次接触硬件描述语言的人来说，也显得非常友好。它从最简单的语法结构开始，一步步引导读者掌握编写和仿真Verilog代码的能力，而且书中提供的练习题，能够帮助我巩固所学的知识，并将理论付诸实践。我尤其喜欢书中关于如何将逻辑设计思路转化为Verilog代码的讲解，这让我觉得学习硬件设计不再是遥不可及的事情，而是可以通过学习一步步掌握的技能。这本书极大地激发了我继续深入学习数字逻辑和FPGA设计的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有着一定数字逻辑基础，但想要将理论知识转化为实际应用，尤其是对FPGA设计感兴趣的研究生，我在这本书中找到了宝藏。它不仅仅是理论的堆砌，更重要的是它紧密结合了Verilog HDL这个在现代数字电路设计中不可或缺的工具。我之前看过的书籍，可能在理论深度上有所侧重，但往往在实际的工程实现上语焉不详，或者仅提供一些零散的代码片段。这本书则不同，它将理论概念与Verilog实现无缝衔接，让我能够清晰地看到每一个逻辑功能的对应代码，并且提供了详细的仿真和时序分析方法。书中的高级主题，如流水线设计、异步时序电路的考虑以及一些常见的IP核设计思路，都给我留下了深刻的印象。特别是关于亚稳态和如何处理时钟域交叉的部分，虽然是比较深入的话题，但作者的讲解依然保持了清晰的逻辑和实用的指导性。这本书让我对如何将一个系统级的设计分解成模块，并通过Verilog语言进行高效实现有了更深层次的理解，极大地提升了我进行实际FPGA项目开发的能力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名已经从业多年的数字IC工程师，我对各类数字逻辑和硬件描述语言的教材已经相当熟悉。然而，当我翻开这本书时，依然被它的一些讲解方式所吸引。这本书的独特之处在于，它不仅仅满足于讲解“是什么”，更深入地探讨了“为什么”和“如何做得更好”。在讲解组合逻辑和时序逻辑的设计原则时，它会深入到一些更底层的实现细节和性能考量，例如门延迟、时钟抖动对电路性能的影响，以及如何通过Verilog代码来优化这些方面。对于那些在实际工作中经常遇到的性能瓶颈和设计难题，这本书提供了一些非常实用的分析方法和解决思路。我尤其欣赏书中关于时钟树综合、功耗优化和测试性设计等方面的讨论，这些都是在实际芯片设计过程中至关重要的环节。尽管我已经具备相当的经验，但通过阅读这本书，我仍然从中学习到了不少新的知识和更精妙的设计技巧。它是一本能够让你在已有基础上不断提升的优秀参考书。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校的计算机科学专业的学生，我的课程设置中涉及到了数字逻辑的设计，之前接触到的一些教材，总感觉枯燥乏味，公式推导繁多，缺乏直观性。这本书给我的感觉是耳目一新。它在讲解基本原理时，并没有回避数学的严谨性，但同时又巧妙地穿插了大量的图例和直观的解释，让我能够更容易地理解那些抽象的逻辑运算和组合。我尤其喜欢书中关于状态机设计的章节，作者通过生活中的例子，比如交通信号灯、自动售货机等，生动地展示了状态机的设计思路和流程，让我对如何将实际问题转化为数字逻辑电路有了全新的认识。而Verilog的部分，更是将理论和实践完美结合，从最简单的端口声明到复杂的模块实例化，都提供了清晰的代码示例，并且针对每个示例都给出了详细的解释。我尝试着跟着书中的例子进行仿真，看到波形图的生成，那种成就感是无与伦比的。这本书让我觉得数字逻辑设计不再是冰冷的符号和公式，而是充满创造力和趣味性的过程。