具体描述
基本信息
书名：EDA技术及电子设计
定价：29.00元
作者：樊辉娜
出版社：北京邮电大学出版社有限公司
出版日期：2011-02-01
ISBN：9787563525560
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：1.121kg
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内容提要
樊辉娜编著的《EDA技术及电子设计》根据高等职业学院电子设计自动化课程的教学基本要求，以实施“项目教学”、注重“工作过程”为教学方式，依据高职EDA教学中的教学实践经验编写。
《EDA技术及电子设计》通过六大项目实例，阐述EDA技术在电子设计中的应用。本着项目教学在“学中做，做中学”的宗旨，把理论知识融入到项目工程的操作中去学，让学习目的更加明确、知识的应用能力更加突出。本书内容通俗易懂，叙述深入浅出，注重理论联系实际，突出应用研究能力的培养。
本书可以作为高职院校电类等相关专业课程的教材，也可供相关专业技术人员阅读参考。
目录
篇 Protel DXP应用与印制电路板设计
Protel DXP软件概述
项目1 电源电路的原理图设计与制板
任务1-1 Protel XXP文件管理
任务1-2 Protel DXP原理图设计环境的设置
任务1-3 Protel DXP的原理图绘制
任务1-4 生成原理图报表及打印原理图
任务1-5 元件符号的制作与建立元件库
任务1-6 元件封装制作与建立封装库
任务1-7 印制电路板的设计
项目2 四端口串行接口层次电路的设计
任务2-1 四端口串行接口电路的层次原理图
习题
第2篇 Muitisim 2001设计仿真
Multisim 2001软件概述
项目3 直流稳压源与放大电路的设计仿真
任务3-1 直流稳压电源的设计与仿真
任务3-2 单级放大电路的仿真
项目4 数字钟的设计与仿真
任务4-1 六十与二十四进制计数器的设计与仿真(用芯片74160实现)
任务4-2 数字钟的设计与仿真
习题
第3篇 QuartusⅡ软件应用及VHDL语言设计
FPGA/CPLD简介
VHDL语言
项目5 基于VHDL语言的数字钟的设计
任务5-1 原理图输入设计法——一位全加器的设计
任务5-2 VHDL文本输入设计法——计数器分频器的时序设计
任务5-3 7段数码显示译码器设计及动态扫描显示电路的VHDL设计
任务5-4 层次设计法实现系统级电路设计
任务5-5 数字钟的总体设计
项目6 基于状态机的8路彩灯控制器
任务6-1 基于状态机的8路彩灯花型循环控制模块的设计
任务6-2 基于状态机的8路彩灯VHDL总体设计
习题
附录1 VHDL设计常用程序
1-1 门电路的程序设计
1-2 常用组合电路的设计
1-3 时序逻辑电路的程序设计
附录2 Protei DXP元件库集锦
绘图员级考试大纲
参考文献
作者介绍
文摘
序言
《数字逻辑设计与验证：从基础原理到高级实践》 内容简介 本书是一本全面深入探讨数字逻辑设计与验证的权威著作，旨在为电子工程、计算机科学及相关领域的学生、研究人员和工程师提供一套系统、实用的知识体系。全书围绕数字电路的设计流程，从最基础的逻辑门电路原理讲起，逐步深入到复杂的系统级设计和验证方法，力求让读者不仅理解“是什么”，更能掌握“怎么做”。 第一部分：数字逻辑设计基础 本部分为读者搭建起坚实的理论基础。 绪论：数字系统概述 引入数字信号与模拟信号的根本区别，阐述数字电路在现代电子设备中的核心地位。 介绍数字系统的基本组成单元，如逻辑门、触发器、寄存器、计数器等，并给出它们在实际应用中的典型场景。 强调数字逻辑设计的重要性，包括提高性能、降低功耗、增强可靠性以及实现复杂功能。 简要回顾数字逻辑设计的发展历程，从早期晶体管电路到如今的超大规模集成电路（VLSI），为读者勾勒出技术演进的脉络。 第二章：布尔代数与逻辑门 深入讲解布尔代数的基本公理、定理和定律，包括交换律、结合律、分配律、德摩根定理等，以及如何利用它们对逻辑表达式进行化简。 详细介绍各种基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的逻辑功能、真值表、符号表示以及它们在电路中的实现方式（例如，使用二极管、三极管）。 讲解组合逻辑电路的设计流程，包括从需求分析、逻辑表达式推导、真值表建立、卡诺图化简到最终电路图绘制。 通过大量实例，如加法器、减法器、多路选择器、译码器、编码器等，展示如何运用布尔代数和逻辑门构建复杂的组合逻辑功能。 介绍逻辑门的电气特性，如扇出（Fan-out）、扇入（Fan-in）、传播延迟（Propagation Delay）、噪声容限（Noise Margin）等，这些参数对于实际电路设计至关重要。 第三章：时序逻辑电路 引入“状态”的概念，区分组合逻辑电路和时序逻辑电路的根本区别。 详述触发器（Flip-Flop）的原理和类型，包括SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器，以及它们的主从结构和边沿触发工作方式。 讲解锁存器（Latch）与触发器的区别，并介绍基本锁存器的原理。 深入分析寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register）的功能与应用，例如数据的存储、转移和串并转换。 讲解计数器（Counter）的设计，包括异步计数器和同步计数器，以及各种模计数器（Mod-N Counter）的实现方法，例如二进制计数器、十进制计数器、任意模计数器。 探讨有限状态机（Finite State Machine, FSM）的模型，包括摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型状态机的状态图、状态转移图、状态表和状态方程的推导。 通过实际案例，如串行数据检测器、序列发生器、键盘编码器等，演示时序逻辑电路的设计方法。 第四章：数字逻辑器件与技术 介绍不同类型的数字集成电路（IC）家族，包括TTL（Transistor-Transistor Logic）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术的特点、优势和劣势，以及它们的电气参数比较。 详细讲解可编程逻辑器件（PLD），包括PLA（Programmable Logic Array）、PAL（Programmable Array Logic）、GAL（Generic Array Logic）。 深入介绍现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD），阐述它们的结构、工作原理、基本资源（LUT, Flip-Flops, Block RAM, DSP Slices）以及在现代电子系统设计中的广泛应用。 讨论通用逻辑器件（Standard Logic ICs）如74系列和4000系列，以及它们在简单逻辑实现中的地位。 分析逻辑器件的功耗、速度、集成度等关键指标，帮助读者根据应用需求选择合适的器件。 介绍电路板（PCB）布局和布线的基本原则，以确保数字电路的稳定性和高性能。 第二部分：硬件描述语言与逻辑综合 本部分将带领读者进入使用硬件描述语言（HDL）进行设计的现代方法。 第五章：Verilog HDL 基础 介绍硬件描述语言（HDL）的概念及其在数字逻辑设计中的作用，对比Verilog和VHDL的特点。 讲解Verilog HDL的基本语法，包括模块（module）、端口（port）、信号（wire, reg）、赋值语句（blocking, non-blocking）、运算符、控制语句（if-else, case, always）等。 演示如何使用Verilog HDL描述组合逻辑电路，例如多路选择器、加法器、译码器等，并解释行为级建模（Behavioral Modeling）和数据流建模（Dataflow Modeling）的区别。 演示如何使用Verilog HDL描述时序逻辑电路，包括触发器、寄存器、计数器和有限状态机。强调`always @(posedge clk)`和`always @(negedge clk)`的用法，以及`reg`类型变量在时序逻辑中的作用。 讲解Verilog HDL中的任务（task）和函数（function），以及参数化模块（parameterized modules）的创建，用于提高代码的复用性和灵活性。 通过具体实例，引导读者完成一个简单的Verilog项目。 第六章：VHDL 基础 介绍VHDL（VHSIC Hardware Description Language）的历史、特点和语法结构。 讲解VHDL的基本组成部分，包括实体（entity）、架构（architecture）、端口（port）、信号（signal）、变量（variable）以及数据类型（BIT, BOOLEAN, INTEGER, REAL, ARRAY, RECORD）。 演示如何使用VHDL描述组合逻辑电路，包括使用`process`语句、`if-then-else`、`when-else`等结构。 演示如何使用VHDL描述时序逻辑电路，重点讲解`clocked processes`和`rising_edge/falling_edge`函数在描述触发器和同步电路中的应用。 介绍VHDL中的生成语句（Generate Statements）和组件实例化（Component Instantiation），用于构建复杂的结构。 通过与Verilog的对比，帮助读者理解两种HDL的异同，并根据项目需求做出选择。 第七章：逻辑综合 深入讲解逻辑综合（Logic Synthesis）的概念和流程，包括从HDL代码到门级网表（Netlist）的转换。 介绍综合工具（Synthesis Tools）的工作原理，例如DC (Design Compiler)、Vivado Synthesis等。 讲解综合过程中需要考虑的关键因素，如面积（Area）、时序（Timing）、功耗（Power）和可测试性（Testability）。 讨论如何编写可综合（Synthesizable）的HDL代码，以及避免使用不可综合的语句，例如延时语句、仿真专用语句等。 介绍约束（Constraints）在综合过程中的重要性，包括时钟频率约束、端口I/O约束、时序例外等，以及如何定义这些约束文件（SDC, XDC）。 讲解综合报告的解读，包括对综合结果的评估，例如门数、关键路径时延、时钟频率等。 通过实例展示如何优化HDL代码以获得更好的综合结果。 第三部分：数字系统设计与验证 本部分将关注更复杂的数字系统设计以及如何确保设计的正确性。 第八章：微处理器与嵌入式系统基础 介绍微处理器（Microprocessor）的基本架构，包括CPU、内存、I/O接口、总线等。 讲解指令集架构（ISA）的概念，以及RISC（Reduced Instruction Set Computer）和CISC（Complex Instruction Set Computer）的区别。 介绍嵌入式系统（Embedded Systems）的特点和应用领域。 探讨嵌入式系统中的常见组件，如微控制器（Microcontroller）、DSP（Digital Signal Processor）、FPGA等。 分析嵌入式系统设计中的权衡，例如性能、功耗、成本和实时性。 介绍简单的CPU流水线（Pipeline）概念，以及指令流水线如何提高处理器性能。 简要介绍存储器（Memory）的原理，如SRAM、DRAM、ROM、Flash Memory。 第九章：片上系统（SoC）设计 定义片上系统（System-on-Chip, SoC）的概念，及其相对于分立器件系统的优势。 介绍SoC设计的关键模块，如CPU核、DSP核、内存控制器、总线接口（AXI, AHB）、外设接口（UART, SPI, I2C, USB, Ethernet）等。 详细讲解片上总线（On-Chip Bus）的重要性，以及AXI（Advanced eXtensible Interface）等高级总线协议的应用。 介绍IP（Intellectual Property）核的概念，以及IP核在SoC设计中的作用，包括IP核的复用和集成。 讨论SoC设计流程，包括架构设计、IP集成、硬件/软件协同设计。 介绍低功耗设计技术在SoC中的应用，如时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）、动态电压频率调整（DVFS）。 探讨SoC设计的挑战，如验证复杂性、功耗管理、接口兼容性。 第十章：测试与验证策略 强调测试与验证在数字设计流程中的核心地位，并区分仿真（Simulation）与形式验证（Formal Verification）的不同。 详细介绍基于仿真（Simulation-based Verification）的方法： 测试平台（Testbench）的设计： 讲解如何构建高效的测试平台，包括激励生成、响应检查、覆盖率收集等。 仿真器（Simulator）的使用： 介绍主流仿真器（如QuestaSim, VCS, NC-Verilog）的基本操作和高级功能。 覆盖率（Coverage）： 详细讲解代码覆盖率（Code Coverage）、功能覆盖率（Functional Coverage）和断言覆盖率（Assertion Coverage），以及如何利用覆盖率来评估验证的完备性。 随机验证（Random Verification）和约束随机验证（Constrained-Random Verification）： 阐述如何通过随机测试发现隐藏的Bug。 断言（Assertions）： 介绍SystemVerilog Assertions (SVA) 等断言语言，以及如何在设计和验证代码中插入断言来捕捉设计错误。 介绍形式验证（Formal Verification）技术： 模型检测（Model Checking）： 讲解模型检测的原理，如何利用其证明属性（Properties）的正确性，以及在安全性和功能正确性验证中的应用。 等价性检查（Equivalence Checking）： 阐述等价性检查在逻辑综合后验证设计未改变的功能。 讲解静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）： 介绍STA的基本原理，如何分析时序路径，发现时序违规（Timing Violations）。 讲解时序约束（Timing Constraints）的编写和分析报告的解读。 介绍可测性设计（Design for Testability, DFT）的基本概念： 扫描链（Scan Chain）插入： 阐述扫描链技术如何提高内部信号的可观测性和可控制性。 内建自测（Built-In Self-Test, BIST）： 介绍BIST如何让芯片自身进行测试，降低测试成本。 第十一章：先进验证技术与方法学 深入探讨面向对象验证方法学（Object-Oriented Verification Methodology, OVM）和通用可复用验证方法学（Universal Verification Methodology, UVM）。 详细讲解UVM的基本构成：组件（Components）、TLM（Transaction-Level Modeling）、配置（Configuration）、约束填充（Constraint Filling）、连接（Connectivity）等。 演示如何利用UVM构建可复用、可扩展的验证环境。 介绍SystemVerilog语言在验证中的高级特性，如接口（Interfaces）、类（Classes）、枚举（Enums）、联合（Unions）、打包（Packed Arrays）、解包（Unpacked Arrays）等。 讨论验证收敛（Verification Convergence）的概念，以及如何制定和管理验证计划（Verification Plan）。 介绍常用的验证加速技术，如分布式仿真（Distributed Simulation）和硬件加速（Hardware Acceleration，如Emulation和Prototyping）。 探讨在敏捷开发（Agile Development）模式下如何进行高效验证。 第四部分：实战应用与未来趋势 本部分将结合实际案例，展望数字设计与验证的未来。 第十二章：FPGA/ASIC设计流程与实例 详细介绍使用FPGA进行设计的典型流程，包括需求分析、HDL编码、功能仿真、综合、实现（布局布线）、时序分析、硬件调试。 介绍ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）设计流程，强调其与FPGA设计的区别，如版图设计（Layout Design）、物理验证（Physical Verification）等。 通过一个实际的FPGA项目案例（例如，一个简单的图像处理模块、一个通信协议接口），引导读者理解从概念到硬件实现的完整过程，包括原理图输入、HDL模块编写、IP核调用、顶层设计、时序约束和下载调试。 分析在实际项目开发中可能遇到的挑战，如时序收敛困难、功耗超标、功耗限制等，并提供相应的解决方案。 第十三章：数字系统性能优化与功耗管理 系统性地介绍各种提高数字系统性能的方法： 算法级优化： 如何选择和设计更高效的算法。 结构级优化： 如流水线技术、并行处理、缓存（Cache）机制。 电路级优化： 如时钟频率调整、门控时钟、数据路径优化。 深入探讨数字系统功耗管理技术： 动态功耗（Dynamic Power）： 主要来源于开关功耗，介绍如何通过降低开关频率、优化切换活动、门控时钟等方式来降低。 静态功耗（Static Power）： 主要来源于漏电流，介绍如何通过采用低漏电工艺、门控电源、多阈值电压（Multi-Vt）技术来降低。 功耗分析工具： 介绍各种功耗分析工具及其使用方法。 低功耗设计流程： 讲解如何在设计初期就考虑功耗，并贯穿整个设计和验证周期。 第十四章：未来趋势与展望 探讨人工智能（AI）和机器学习（ML）在数字设计自动化（EDA）领域的应用，如智能综合、智能验证、预测性维护等。 分析RISC-V架构对行业的影响，以及其在开放指令集和定制化设计方面的优势。 展望异构计算（Heterogeneous Computing）的发展，如CPU、GPU、FPGA、ASIC的协同工作。 讨论量子计算（Quantum Computing）对数字电路设计可能带来的颠覆性影响。 展望网络安全（Cybersecurity）在硬件设计中的重要性，以及如何设计更安全的硬件。 对数字设计与验证领域的未来发展方向进行预测，鼓励读者持续学习和探索。 本书结构清晰，逻辑严谨，理论与实践相结合，并通过丰富的实例帮助读者掌握数字逻辑设计与验证的精髓。无论是初学者还是经验丰富的工程师，都能从中获得宝贵的知识和启发，提升在复杂数字系统设计领域的专业能力。
