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： 中颐图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111532927

商品编码：29658066492

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

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

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馆配的重点书

内容提要

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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

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作者介绍

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文摘

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序言

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《数字电路设计：融合硬件描述语言与状态机原理》 内容概述： 本书深入探讨了数字电路设计的核心理念与实践方法，聚焦于如何利用可编程硬件描述语言（Verilog HDL）构建复杂、高效的数字系统。书中详细阐述了有限状态机（FSM）作为数字逻辑设计中一种通用且强大的建模工具，并将其与Verilog HDL的语法和设计流程相结合，为读者提供了一条清晰、系统化的数字电路设计路径。本书旨在培养读者扎实的理论基础、熟练的Verilog HDL编程能力以及将抽象设计转化为实际硬件的工程思维。 核心主题与章节解析： 本书共分为若干部分，层层递进，系统性地构建了读者对数字电路设计的认知体系。 第一部分：数字电路设计基础 数字逻辑基础回顾： 在进入复杂设计之前，本书首先回顾了数字逻辑电路的基本概念，包括二进制数制、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR）、布尔代数及其化简方法、组合逻辑电路（如加法器、减法器、译码器、多路选择器、编码器、比较器）和时序逻辑电路（如触发器FF, Latch、寄存器、计数器、移位寄存器）的设计原理。这些基础知识是理解后续高级主题的基石。 硬件描述语言（HDL）入门： 本部分详细介绍了Verilog HDL的语言结构、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。通过实例，读者将学习如何使用Verilog HDL来描述数字电路的功能，而不仅仅是其结构。重点在于理解HDL作为一种设计工具，而非简单的编程语言，其核心在于描述硬件行为和结构。 Verilog HDL仿真与验证： 软件仿真在数字电路设计流程中占据至关重要的地位。本书将详细讲解如何编写测试平台（Testbench）来验证Verilog HDL模块的正确性。从简单的激励生成到复杂的时序约束，再到波形分析，读者将掌握有效的仿真技巧，确保设计的功能符合预期。 第二部分：有限状态机（FSM）理论与实现 有限状态机（FSM）概念详解： 本部分将深入讲解有限状态机的理论基础，包括状态、输入、输出、转移条件和动作。本书将区分两种主要类型的FSM：摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型，并详细分析它们的异同点、适用场景以及各自的优缺点。读者将学习如何通过状态图（State Diagram）和状态转移表（State Transition Table）来直观地描述FSM的行为。 FSM的设计流程： 如何将抽象的状态转移图转化为可综合的Verilog HDL代码是FSM设计的关键。本书将详细介绍FSM的设计流程，包括： 需求分析与状态定义： 如何根据系统功能需求，合理地划分和定义FSM的状态。 状态编码： 讨论不同的状态编码方式（如二进制编码、格雷码、独热码）及其对电路性能（如速度、功耗、面积）的影响，并提供选择编码方式的指导原则。 状态转移逻辑设计： 如何根据状态转移表，编写Verilog HDL代码来实现状态寄存器和组合逻辑（用于判断下一个状态和输出）。 输出逻辑设计： 分别针对摩尔型和米利型FSM，详细讲解输出逻辑的设计方法。 FSM的Verilog HDL实现： 本部分将提供多种基于Verilog HDL实现FSM的方法，包括： 行为级建模： 使用`always`块和`case`语句来描述状态转移和输出逻辑，这是最直观、最常用的方法。 结构级建模： 通过实例化触发器和组合逻辑门来构建FSM，这种方法有助于深入理解硬件实现。 参数化设计： 学习如何利用Verilog HDL的参数化特性，创建可重用、灵活的状态机模块。 FSM的实际应用案例： 为了巩固理论知识，本书将通过一系列典型的FSM应用案例，展示FSM在实际数字电路设计中的强大威力。这些案例可能包括： 序列检测器： 设计一个能够检测特定输入序列的状态机。 交通灯控制器： 实现一个模拟真实交通信号灯的FSM。 键盘编码器： 设计一个将键盘输入转换为ASCII码的状态机。 简单的UART（通用异步收发器）接收/发送模块： 构建一个能够处理串行通信数据的FSM。 内存控制器： 设计一个管理内存读写操作的状态机。 第三部分：进阶数字电路设计与Verilog HDL技巧 组合逻辑与时序逻辑的综合应用： 本部分将进一步探讨如何将FSM与其他组合逻辑和时序逻辑模块相结合，构建更复杂的数字系统。例如，如何将FSM与算术逻辑单元（ALU）、存储器（RAM/ROM）等集成。 高级Verilog HDL特性： 介绍Verilog HDL中更高级的特性，如任务（Tasks）、函数（Functions）、任务块（Fork-Join）、系统任务（System Tasks）等，以及它们在提高代码可读性、模块化和仿真效率方面的应用。 时序约束与时钟域处理： 在实际的FPGA或ASIC设计中，时钟是至关重要的。本书将讲解时钟的生成、分配，以及如何处理时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）问题，以避免亚稳态（Metastability）的发生。 综合与布局布线基础： 简要介绍逻辑综合（Logic Synthesis）和布局布线（Place and Route）的基本概念，以及它们如何将Verilog HDL代码转化为实际的门级网表，并最终映射到目标硬件平台。强调设计者在HDL代码编写时需要考虑综合器和工具的行为，以获得最佳的硬件实现。 低功耗设计考虑： 探讨在设计过程中如何考虑功耗问题，例如使用更高效的状态编码、优化逻辑路径、引入门控时钟（Clock Gating）技术等。 可测试性设计（DFT）入门： 简要介绍可测试性设计的基本原理，例如如何通过添加扫描链（Scan Chain）等技术来提高芯片的可测试性，确保生产出的芯片能够被有效地检测。 学习目标与读者群体： 本书适合以下读者群体： 计算机科学与技术、电子工程、自动化等相关专业的本科生和研究生： 为他们提供坚实的数字电路设计理论和实践基础，为后续的专业学习和科研打下坚实基础。 从事嵌入式系统开发、FPGA/ASIC设计的工程师： 帮助他们系统地学习和掌握利用FSM和Verilog HDL进行高效数字电路设计的技术，提升工程实践能力。 对数字电路设计感兴趣的爱好者和自学者： 提供一条系统化的学习路径，使其能够从零开始掌握数字电路设计方法。 本书的特色： 理论与实践紧密结合： 既有深入的理论讲解，又有大量的Verilog HDL实例和应用案例，让读者在理解概念的同时，能够快速上手实践。 循序渐进的学习曲线： 从基础概念出发，逐步深入到高级主题，确保读者能够逐步掌握复杂的知识。 强调工程思维： 不仅关注代码的正确性，更注重设计的效率、可维护性和可测试性，培养读者的工程意识。 采用行业标准语言： 聚焦于Verilog HDL，这是当前数字电路设计中最广泛使用的硬件描述语言之一。 丰富多样的案例分析： 通过真实的或具有代表性的应用场景，生动地展示FSM和Verilog HDL的设计思想和实现技巧。 通过阅读本书，读者将能够全面掌握利用有限状态机和Verilog HDL进行数字电路设计的方法，为开发高性能、高可靠性的数字系统打下坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁却又不失专业感，那种深邃的蓝色调立刻抓住了我的眼球，让人觉得这是一本可以深入钻研的硬核技术书籍。我是在寻找一本能够系统梳理数字电路设计理论，并且能够将理论与实际硬件描述语言紧密结合起来的教材时发现它的。初翻目录，就能感受到作者的用心，它显然不是那种浮于表面的介绍，而是直指数字系统核心——有限状态机（FSM）的底层逻辑实现。很多市面上的教材要么过于侧重理论的数学推导，让人望而却步，要么就是只停留在代码的堆砌，缺乏对设计思想的深刻剖析。我尤其欣赏它在理论阐述上采取的循序渐进的策略，从最基本的逻辑门开始，逐步构建起复杂的状态机模型，这对于像我这样需要夯实基础、同时又想掌握前沿设计方法的工程师来说，无疑是极佳的指引。光是看到“FSM”这个关键词被如此清晰地置于核心地位，我就知道，这本书的深度绝对值得信赖。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的篇幅不算短，内容密度也非常高，需要投入较多的时间和精力去消化吸收。但正是这份“厚重”，保证了它在数字系统设计领域的权威性。它的价值不仅体现在教授如何使用Verilog HDL来描述有限状态机，更在于它在培养读者的系统化思维能力。它促使我们思考：在资源受限的情况下，哪种状态编码方式最高效？在多任务并行处理中，如何设计一个健壮的仲裁器？这些都是在实际工程中会反复遇到的核心挑战。这本书仿佛提供了一套完整的“工具箱”，里面装满了经过反复打磨、在各种复杂场景下都行之有效的数字设计“金钥匙”。对于那些渴望从“代码实现者”蜕变为“系统架构师”的专业人士来说，它绝对是一本值得反复研读的案头宝典。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触FPGA设计不久的硬件工程师，我之前遇到最大的障碍就是如何将教科书上的理论知识转化为能在板卡上稳定运行的实际电路。这本书在这方面的实用价值是无可替代的。它没有停留在仿真层面，而是深入探讨了综合和布局布线对FSM实现的影响。比如，它详细分析了如何通过优化状态寄存器的分配来减少关键路径延迟，以及如何使用不同的时钟域交叉策略来保证数据在不同模块间安全传输。书中的每一个例子都配有清晰的波形图和逻辑视图，这使得原本枯燥的硬件描述语言学习过程变得可视化和直观。读完后，我立刻尝试用书中的方法重构了我正在进行的一个项目中的状态机模块，结果发现逻辑清晰度大幅提升，仿真通过率也几乎达到了100%，这种立竿见影的效果是很多理论书籍无法给予的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格非常严谨，但又不失启发性，它不是那种冷冰冰的说明书，更像是一次与顶尖专家的深度对话。我特别留意了它在处理异步逻辑和时序约束问题时的论述。在数字设计领域，很多“陷阱”都隐藏在对时序分析理解不透彻的地方，导致看似简单的小模块却成为整个系统不稳定的根源。这本书用非常精准的术语和精妙的图示，阐述了如何通过结构化的设计方法来避免这些潜在的问题。它教会我的不是“记住这个写法”，而是“理解这个写法背后的物理意义”。对我个人而言，它极大地提升了我在设计复杂控制逻辑时的自信心，因为我知道自己所采用的设计范式是基于坚实的理论基础和行业最佳实践的，而不是凭感觉去试错。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验非常流畅，它成功地架设了一条从抽象概念到具体硬件描述的完美桥梁。我记得我过去在学习复杂时序逻辑电路时，常常会陷入“画图容易，代码难实现”的怪圈，状态转移图画得天花乱坠，但一到用Verilog HDL实现时，各种竞态条件和时序问题就层出不穷。这本书在讲解状态编码和同步/异步复位逻辑的设计时，提供了大量经过实战检验的范例代码。这些代码不仅仅是简单的“能跑”就行，它们体现了高度的模块化和可读性，这对于团队协作和后期维护至关重要。特别是它对状态机的不同抽象层次的描述，让我对如何平衡设计复杂度与资源消耗有了更深刻的理解。我感觉作者仿佛是一位经验丰富的老教授，耐心地为你剖析每一个设计决策背后的权衡利弊，而不是生硬地抛出一个“最优解”。