基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳忠平 著

圖書標籤:

• FPGA
• VHDL
• 數字係統設計
• 可編程邏輯器件
• 硬件描述語言
• 實踐應用
• 嵌入式係統
• 數字電路
• 電子工程
• 設計實例

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121230059

商品編碼：29729383907

包裝：平裝

齣版時間：2014-05-01

基本信息

書名:基於VHDL的FPGA數字係統應用實踐

定價：79.00元

售價：55.3元,便宜23.7元,摺扣70

作者:陳忠平

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2014-05-01

ISBN：9787121230059

字數：774000

頁碼：473

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

本書以VHDL語言為藍本，結閤Quartus II軟件，通過豐富的實例從實驗、實踐、實用的角度，詳細敘述瞭FPGA在數字係統中的應用。

內容提要

本書以VHDL語言為藍本，結閤Quartus II軟件，通過豐富的實例從實驗、實踐、實用的角度，詳細敘述瞭FPGA在數字係統中的應用。本書共10章，主要內容包括FPGA硬件結構知識、VHDL語言編程基礎、硬件開發工具Quartus II的使用、門電路設計與實現、常用組閤邏輯電路的設計、常用時序邏輯電路與狀態機的設計、FPGA的顯示及鍵盤控製、FPGA在數字係統設計中的應用、FPGA在數字信號處理中的應用、宏功能模塊與SOPC技術的應用。

目錄

作者介紹

陳忠平，湖南工程職業技術學院講師，具有豐富的單片機原理、EDA技術、電子技術等課程的教學經驗，著有《基於Proteus的51係列單片機設計與仿真》、《基於項目驅動式的C51單片機程序設計與應用》、《基於Proteus的AVR單片機C語言程序設計與仿真》、《基於Proteus的PIC單片機C語言程序設計與仿真》和《基於Quartus II的FPGA/CPLD設計與應用》等。

文摘

序言

《數字係統設計與VHDL實踐》 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一個全麵深入的數字係統設計學習框架，尤其側重於現代數字電路設計中不可或缺的硬件描述語言VHDL的應用。本書並非單純的VHDL語法手冊，而是將VHDL作為一種強大的工具，貫穿於整個數字係統設計的流程之中，從概念的提齣、邏輯的實現到最終的驗證與部署，都力求做到細緻入微。 第一部分：數字係統設計基礎 在深入VHDL的應用之前，本書將首先夯實數字係統設計的基礎理論。這一部分將從最基本的數字邏輯門電路入手，循序漸進地介紹組閤邏輯和時序邏輯的原理。讀者將學習如何運用卡諾圖、奎因-麥剋拉斯基算法等方法進行邏輯化簡，理解觸發器、寄存器、計數器、狀態機的概念及其工作原理。此外，還將深入探討數字係統的時序問題，包括時鍾域、建立時間和保持時間的概念，以及如何處理時鍾偏移和毛刺等常見問題。這部分內容的目的是讓讀者對數字係統的內在運作機製有一個清晰的認識，為後續VHDL的學習和應用打下堅實的基礎。 第二部分：VHDL語言入門與核心概念 掌握VHDL語言是本書的核心內容之一。本部分將係統地介紹VHDL的語法結構、數據類型、運算符以及程序結構。從最簡單的實體（entity）和架構（architecture）的定義開始，逐步講解信號（signal）、變量（variable）和常量（constant）的區彆與用法，以及進程（process）語句在描述時序和組閤邏輯中的關鍵作用。 數據類型與錶示： 詳細介紹VHDL內置的數據類型，如`std_logic`、`std_logic_vector`、`integer`、`boolean`等，並探討如何進行位嚮量的拼接、拆分和位操作。還會涉及自定義數據類型的使用，以增強代碼的可讀性和復用性。 並發語句與進程： 深入理解VHDL的並發執行模型，重點講解`assign`語句（用於組閤邏輯）、`process`語句（用於時序和組閤邏輯）以及`if-then-else`、`case`、`loop`等結構在進程內的應用。 信號與變量： 明確區分信號和變量的賦值方式和行為差異，理解在不同場景下應選用何種數據對象。 組件實例化與層次化設計： 介紹如何將設計的模塊化，通過組件的實例化來構建復雜的係統，培養讀者進行層次化設計的思維能力。 第三部分：VHDL在組閤邏輯設計中的應用 本部分將聚焦於利用VHDL實現各種典型的組閤邏輯電路。讀者將學習如何用VHDL描述加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器、編碼器、比較器以及數據通路中的關鍵組件，如ALU（算術邏輯單元）。 算術邏輯單元（ALU）設計： 詳細講解如何使用VHDL實現一個功能完備的ALU，包括各種算術運算（加、減）和邏輯運算（AND, OR, XOR, NOT）的組閤。 多路選擇器與數據分配： 演示如何使用VHDL高效地實現多路選擇器，以及如何進行數據流的靈活切換和分配。 順序發生器與匹配電路： 介紹如何設計用於模式匹配或特定序列生成的組閤邏輯。 第四部分：VHDL在時序邏輯設計中的應用 時序邏輯是數字係統設計的靈魂。本部分將深入探討如何使用VHDL來描述和實現各種時序邏輯電路。 觸發器與寄存器： 學習如何使用VHDL的`process`語句和敏感列錶來準確描述D觸發器、JK觸發器、SR觸發器等基本時序單元，並進一步實現並行加載寄存器、移位寄存器等。 計數器設計： 詳細介紹同步計數器、異步計數器、可預置計數器、可清零計數器等的設計方法，包括二進製計數器、BCD計數器等。 狀態機（FSM）設計： 這是本部分和整本書的重點之一。將係統性地講解有限狀態機的基本概念、不同類型（Mealy型和Moore型）的狀態機及其VHDL實現方法。通過多個實際案例，如序列探測器、交通燈控製器、簡單的協議解析器等，讓讀者掌握如何定義狀態、狀態轉移和輸齣邏輯，以及如何進行狀態機的化簡和優化。 移位寄存器與並行處理： 探討移位寄存器的不同應用，以及如何利用移位寄存器實現數據的串行/並行轉換和簡單的流水綫處理。 第五部分：高級VHDL設計技術與實踐 在掌握瞭VHDL的基礎和核心應用後，本部分將進一步拓展讀者的設計視野，介紹一些更高級的設計技巧和實踐經驗。 函數與過程： 學習如何定義和使用VHDL的函數（function）和過程（procedure），以提高代碼的可重用性和模塊化程度。 生成語句（Generate Statements）： 介紹`generate`語句在處理結構化重復實例化和條件實例化方麵的強大功能，能夠極大地簡化復雜電路的描述。 屬性（Attributes）與配置（Configuration）： 講解如何利用VHDL的屬性來描述設計約束、位寬等信息，以及如何使用配置（configuration）語句來選擇特定的組件實現。 IP核的使用與接口設計： 介紹如何利用現有的IP核（如乘法器、DSP塊、RAM、ROM等）來加速設計過程，並重點講解如何進行IP核的實例化和接口的匹配。 綜閤與約束（Synthesis and Constraints）： 深入理解VHDL代碼如何被綜閤工具轉化為門級網錶。學習如何編寫時序約束文件（SDC/XDC），指導綜閤和布局布綫工具滿足性能要求，包括時鍾頻率、時序路徑等。 仿真與驗證： 強調仿真在數字係統設計中的重要性。介紹如何編寫測試平颱（testbench）來全麵驗證VHDL設計的正確性。講解激勵生成、波形分析、斷言（assertion）的使用等驗證方法。 第六部分：FPGA實現與實戰項目 理論最終要迴歸實踐。本部分將把VHDL設計與FPGA硬件平颱緊密結閤。 FPGA開發流程概述： 介紹從RTL代碼編寫、仿真、綜閤、實現（布局布綫）到下載調試的完整FPGA開發流程。 常用FPGA開發工具介紹： 簡要介紹主流的FPGA廠商（如Xilinx/AMD, Intel/Altera）提供的開發軟件（如Vivado, Quartus Prime）及其基本功能。 實戰項目案例： 本部分將包含若乾貼近實際應用的FPGA項目案例。這些案例將覆蓋不同層次的復雜度，例如： 簡單I/O控製： 如LED閃爍、按鍵輸入處理。 串口通信（UART）： 實現VHDL版的UART發送和接收模塊，實現與PC或其他設備的通信。 SPI/I2C總綫接口： 設計實現SPI或I2C主/從機接口，用於連接傳感器或存儲器。 簡單的視頻處理： 如VGA控製器，輸齣簡單的圖形或文字。 基於狀態機的控製器： 如一個簡單的自動售貨機控製邏輯，或一個簡單的遊戲邏輯。 數據采集與處理： 結閤ADC/DAC（若有）或模擬接口，實現簡單的數據采集和初步處理。 這些實戰項目將引導讀者將前麵學到的VHDL知識和設計理念付諸實踐，親身體驗從代碼到硬件的轉換過程，並學習如何解決實際硬件實現中可能遇到的問題，如時序違例、資源衝突等。 本書特色： 理論與實踐並重： 兼顧數字係統設計的基礎理論和VHDL的實際應用，力求為讀者構建完整的知識體係。 循序漸進： 從基礎概念到高級技巧，由淺入深，適閤不同水平的讀者。 豐富的實例： 大量貼閤實際的VHDL代碼示例和FPGA實戰項目，幫助讀者快速掌握設計方法。 強調工程實踐： 關注綜閤、約束、仿真、驗證等工程環節，培養讀者良好的工程習慣。 麵嚮未來： 介紹現代數字設計流程和工具鏈，為讀者進入專業領域打下堅實基礎。 通過本書的學習，讀者將不僅能夠熟練掌握VHDL語言，更重要的是能夠理解和運用現代數字係統設計的思維方式和工程方法，從而能夠獨立完成各種復雜的FPGA數字係統設計任務。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，這部教材的價值遠遠超齣瞭其作為一本技術指南的範疇，它更像是一部係統性的工程思維訓練手冊。閱讀過程中，我體會到一種紮實的、自下而上的設計方法論正在被潛移默化地植入我的思維模式中。書中對錯誤處理和冗餘設計的討論，雖然篇幅不多，但恰恰體現瞭優秀工程師的職業素養——預見性與健壯性。作者在介紹高級設計時，巧妙地融入瞭仿真與驗證（Simulation and Verification）的重要性，強調瞭測試平颱（Testbench）構建的重要性，這在許多國內的教材中往往是被輕描淡寫的環節。通過大量的代碼示例和詳盡的仿真波形分析，讀者能夠直觀地看到設計錯誤是如何被捕獲和修正的，從而建立起對“測試驅動開發”在硬件領域應用的深刻認識。這部作品的深度和廣度兼具，無論是作為大學課程的指定教材，還是作為在職工程師的進階參考，都無疑是極具前瞻性和實用價值的上乘之作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的另一大亮點在於其實用性，它成功地架起瞭一座連接理論知識與實際工程應用的橋梁。我嘗試著依照書中的幾個中級項目進行設計和驗證，發現作者對於設計流程的把控極為嚴謹。從需求分析、架構劃分、VHDL編碼，到後期的綜閤、布局布綫以及最終的時序約束（Timing Constraints）設置，每一步驟都提供瞭詳盡的實戰技巧和“避坑指南”。尤其值得稱道的是，書中針對FPGA開發中常見的性能瓶頸問題，提齣瞭多種優化策略，比如流水綫（Pipelining）技術的應用實例，它不僅僅展示瞭如何實現，更深入剖析瞭在特定架構下，流水綫深度對係統吞吐量和資源消耗的具體影響。這遠超齣瞭普通教程的範疇，更像是一本高級工程師的實戰經驗總結。我曾在一個項目中卡在跨時鍾域信號同步的問題上，書中關於異步FIFO設計及其亞穩態處理的章節，幾乎是立即解決瞭我的燃眉之急，這種即時的、可操作的知識點密度，使得這本書在我的工具箱裏占據瞭不可替代的位置。

評分☆☆☆☆☆

這部著作著實為我們這些在數字邏輯領域摸索的工程師和學生提供瞭一份寶貴的參考指南。首先，它在理論基礎的構建上做得非常紮實，絕非那種浮於錶麵的技術手冊。作者似乎深諳“工欲善其事，必先利其器”的道理，開篇就對FPGA的基本架構、其與傳統ASIC設計的本質區彆進行瞭深入淺齣的剖析。我特彆欣賞作者在講解硬件描述語言（HDL）的精髓時所采用的對比論證手法，使得那些晦澀難懂的時序邏輯和組閤邏輯的概念，通過生動的實例變得清晰起來。比如，書中對狀態機的描述，不僅僅停留在教科書式的圖錶展示，而是結閤實際的控製流程，一步步引導讀者思考如何將現實世界的需求轉化為精確的硬件描述代碼。對於初學者而言，這種循序漸進的教學方式，極大地降低瞭入門門檻，讓人感覺仿佛有一位經驗豐富的導師在身邊細心指導，避免瞭在早期學習階段就因概念混淆而産生挫敗感。這種對底層原理的深度挖掘，為後續的復雜項目開發奠定瞭堅不可摧的基石，讓讀者明白，優秀的設計源於對硬件特性的深刻理解，而非簡單的語法堆砌。

評分☆☆☆☆☆

從排版和可讀性的角度來看，這部作品也展現齣瞭極高的專業水準。許多技術書籍的通病是圖文並茂的圖錶往往不夠清晰，或者代碼示例與文字描述脫節，但這本書在這方麵做得非常齣色。代碼塊的格式化清晰規範，關鍵的結構和信號定義被突齣顯示，使得即使是較長的VHDL程序也能快速定位核心邏輯。更重要的是，作者在解釋復雜設計模塊時，經常穿插有“設計思路透視”或“調試心路曆程”之類的闆塊，這種非正式的敘述方式，極大地增強瞭閱讀的代入感和趣味性，有效地緩解瞭閱讀技術文檔可能帶來的疲勞感。例如，在介紹並行處理器的設計時，作者沒有直接給齣最終的復雜代碼，而是先用流程圖勾勒齣宏觀結構，再逐步嚮下分解到寄存器傳輸級（RTL），這種層層剝筍的講解方式，讓讀者在不知不覺中就掌握瞭大型模塊拆解的藝術。這種對讀者體驗的細緻關注，體現瞭作者深厚的教學功底。

評分☆☆☆☆☆

對於那些希望在特定應用領域深入研究的讀者來說，這本書所涵蓋的案例廣度令人印象深刻。它並沒有局限於簡單的計數器或移位寄存器，而是覆蓋瞭如高速數據采集接口（如SPI或I2C的自定義實現）、數字濾波器（FIR/IIR的定點數實現）乃至基礎的嵌入式係統加速器的初步構建。這些案例的選擇，精準地瞄準瞭當前FPGA應用的前沿地帶。特彆是關於定點數運算在FPGA中如何高效實現的章節，提供瞭大量關於資源分配和精度權衡的實用建議，這對於資源受限的低成本FPGA項目尤其寶貴。我尤其欣賞作者在展示這些應用時，始終堅持“從頭開始”的原則，不依賴於任何現成的IP核，這迫使我們必須深入理解底層邏輯，從而真正掌握“自己設計”的能力，而非僅僅是“調用”的能力。這種培養獨立創新思維的導嚮，是任何單純的工具手冊所無法比擬的。