具體描述
基本信息
書名：EDA技術及電子設計
定價：29.00元
作者：樊輝娜
齣版社：北京郵電大學齣版社有限公司
齣版日期：2011-02-01
ISBN：9787563525560
字數：
頁碼：
版次：1
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：1.121kg
編輯推薦
內容提要
樊輝娜編著的《EDA技術及電子設計》根據高等職業學院電子設計自動化課程的教學基本要求，以實施“項目教學”、注重“工作過程”為教學方式，依據高職EDA教學中的教學實踐經驗編寫。
《EDA技術及電子設計》通過六大項目實例，闡述EDA技術在電子設計中的應用。本著項目教學在“學中做，做中學”的宗旨，把理論知識融入到項目工程的操作中去學，讓學習目的更加明確、知識的應用能力更加突齣。本書內容通俗易懂，敘述深入淺齣，注重理論聯係實際，突齣應用研究能力的培養。
本書可以作為高職院校電類等相關專業課程的教材，也可供相關專業技術人員閱讀參考。
目錄
篇 Protel DXP應用與印製電路闆設計
Protel DXP軟件概述
項目1 電源電路的原理圖設計與製闆
任務1-1 Protel XXP文件管理
任務1-2 Protel DXP原理圖設計環境的設置
任務1-3 Protel DXP的原理圖繪製
任務1-4 生成原理圖報錶及打印原理圖
任務1-5 元件符號的製作與建立元件庫
任務1-6 元件封裝製作與建立封裝庫
任務1-7 印製電路闆的設計
項目2 四端口串行接口層次電路的設計
任務2-1 四端口串行接口電路的層次原理圖
習題
第2篇 Muitisim 2001設計仿真
Multisim 2001軟件概述
項目3 直流穩壓源與放大電路的設計仿真
任務3-1 直流穩壓電源的設計與仿真
任務3-2 單級放大電路的仿真
項目4 數字鍾的設計與仿真
任務4-1 六十與二十四進製計數器的設計與仿真(用芯片74160實現)
任務4-2 數字鍾的設計與仿真
習題
第3篇 QuartusⅡ軟件應用及VHDL語言設計
FPGA/CPLD簡介
VHDL語言
項目5 基於VHDL語言的數字鍾的設計
任務5-1 原理圖輸入設計法——一位全加器的設計
任務5-2 VHDL文本輸入設計法——計數器分頻器的時序設計
任務5-3 7段數碼顯示譯碼器設計及動態掃描顯示電路的VHDL設計
任務5-4 層次設計法實現係統級電路設計
任務5-5 數字鍾的總體設計
項目6 基於狀態機的8路彩燈控製器
任務6-1 基於狀態機的8路彩燈花型循環控製模塊的設計
任務6-2 基於狀態機的8路彩燈VHDL總體設計
習題
附錄1 VHDL設計常用程序
1-1 門電路的程序設計
1-2 常用組閤電路的設計
1-3 時序邏輯電路的程序設計
附錄2 Protei DXP元件庫集錦
繪圖員級考試大綱
參考文獻
作者介紹
文摘
序言
《數字邏輯設計與驗證：從基礎原理到高級實踐》 內容簡介 本書是一本全麵深入探討數字邏輯設計與驗證的權威著作，旨在為電子工程、計算機科學及相關領域的學生、研究人員和工程師提供一套係統、實用的知識體係。全書圍繞數字電路的設計流程，從最基礎的邏輯門電路原理講起，逐步深入到復雜的係統級設計和驗證方法，力求讓讀者不僅理解“是什麼”，更能掌握“怎麼做”。 第一部分：數字邏輯設計基礎 本部分為讀者搭建起堅實的理論基礎。 緒論：數字係統概述 引入數字信號與模擬信號的根本區彆，闡述數字電路在現代電子設備中的核心地位。 介紹數字係統的基本組成單元，如邏輯門、觸發器、寄存器、計數器等，並給齣它們在實際應用中的典型場景。 強調數字邏輯設計的重要性，包括提高性能、降低功耗、增強可靠性以及實現復雜功能。 簡要迴顧數字邏輯設計的發展曆程，從早期晶體管電路到如今的超大規模集成電路（VLSI），為讀者勾勒齣技術演進的脈絡。 第二章：布爾代數與邏輯門 深入講解布爾代數的基本公理、定理和定律，包括交換律、結閤律、分配律、德摩根定理等，以及如何利用它們對邏輯錶達式進行化簡。 詳細介紹各種基本邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的邏輯功能、真值錶、符號錶示以及它們在電路中的實現方式（例如，使用二極管、三極管）。 講解組閤邏輯電路的設計流程，包括從需求分析、邏輯錶達式推導、真值錶建立、卡諾圖化簡到最終電路圖繪製。 通過大量實例，如加法器、減法器、多路選擇器、譯碼器、編碼器等，展示如何運用布爾代數和邏輯門構建復雜的組閤邏輯功能。 介紹邏輯門的電氣特性，如扇齣（Fan-out）、扇入（Fan-in）、傳播延遲（Propagation Delay）、噪聲容限（Noise Margin）等，這些參數對於實際電路設計至關重要。 第三章：時序邏輯電路 引入“狀態”的概念，區分組閤邏輯電路和時序邏輯電路的根本區彆。 詳述觸發器（Flip-Flop）的原理和類型，包括SR觸發器、D觸發器、JK觸發器、T觸發器，以及它們的主從結構和邊沿觸發工作方式。 講解鎖存器（Latch）與觸發器的區彆，並介紹基本鎖存器的原理。 深入分析寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register）的功能與應用，例如數據的存儲、轉移和串並轉換。 講解計數器（Counter）的設計，包括異步計數器和同步計數器，以及各種模計數器（Mod-N Counter）的實現方法，例如二進製計數器、十進製計數器、任意模計數器。 探討有限狀態機（Finite State Machine, FSM）的模型，包括摩爾（Moore）型和米利（Mealy）型狀態機的狀態圖、狀態轉移圖、狀態錶和狀態方程的推導。 通過實際案例，如串行數據檢測器、序列發生器、鍵盤編碼器等，演示時序邏輯電路的設計方法。 第四章：數字邏輯器件與技術 介紹不同類型的數字集成電路（IC）傢族，包括TTL（Transistor-Transistor Logic）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技術的特點、優勢和劣勢，以及它們的電氣參數比較。 詳細講解可編程邏輯器件（PLD），包括PLA（Programmable Logic Array）、PAL（Programmable Array Logic）、GAL（Generic Array Logic）。 深入介紹現場可編程門陣列（FPGA）和復雜可編程邏輯器件（CPLD），闡述它們的結構、工作原理、基本資源（LUT, Flip-Flops, Block RAM, DSP Slices）以及在現代電子係統設計中的廣泛應用。 討論通用邏輯器件（Standard Logic ICs）如74係列和4000係列，以及它們在簡單邏輯實現中的地位。 分析邏輯器件的功耗、速度、集成度等關鍵指標，幫助讀者根據應用需求選擇閤適的器件。 介紹電路闆（PCB）布局和布綫的基本原則，以確保數字電路的穩定性和高性能。 第二部分：硬件描述語言與邏輯綜閤 本部分將帶領讀者進入使用硬件描述語言（HDL）進行設計的現代方法。 第五章：Verilog HDL 基礎 介紹硬件描述語言（HDL）的概念及其在數字邏輯設計中的作用，對比Verilog和VHDL的特點。 講解Verilog HDL的基本語法，包括模塊（module）、端口（port）、信號（wire, reg）、賦值語句（blocking, non-blocking）、運算符、控製語句（if-else, case, always）等。 演示如何使用Verilog HDL描述組閤邏輯電路，例如多路選擇器、加法器、譯碼器等，並解釋行為級建模（Behavioral Modeling）和數據流建模（Dataflow Modeling）的區彆。 演示如何使用Verilog HDL描述時序邏輯電路，包括觸發器、寄存器、計數器和有限狀態機。強調`always @(posedge clk)`和`always @(negedge clk)`的用法，以及`reg`類型變量在時序邏輯中的作用。 講解Verilog HDL中的任務（task）和函數（function），以及參數化模塊（parameterized modules）的創建，用於提高代碼的復用性和靈活性。 通過具體實例，引導讀者完成一個簡單的Verilog項目。 第六章：VHDL 基礎 介紹VHDL（VHSIC Hardware Description Language）的曆史、特點和語法結構。 講解VHDL的基本組成部分，包括實體（entity）、架構（architecture）、端口（port）、信號（signal）、變量（variable）以及數據類型（BIT, BOOLEAN, INTEGER, REAL, ARRAY, RECORD）。 演示如何使用VHDL描述組閤邏輯電路，包括使用`process`語句、`if-then-else`、`when-else`等結構。 演示如何使用VHDL描述時序邏輯電路，重點講解`clocked processes`和`rising_edge/falling_edge`函數在描述觸發器和同步電路中的應用。 介紹VHDL中的生成語句（Generate Statements）和組件實例化（Component Instantiation），用於構建復雜的結構。 通過與Verilog的對比，幫助讀者理解兩種HDL的異同，並根據項目需求做齣選擇。 第七章：邏輯綜閤 深入講解邏輯綜閤（Logic Synthesis）的概念和流程，包括從HDL代碼到門級網錶（Netlist）的轉換。 介紹綜閤工具（Synthesis Tools）的工作原理，例如DC (Design Compiler)、Vivado Synthesis等。 講解綜閤過程中需要考慮的關鍵因素，如麵積（Area）、時序（Timing）、功耗（Power）和可測試性（Testability）。 討論如何編寫可綜閤（Synthesizable）的HDL代碼，以及避免使用不可綜閤的語句，例如延時語句、仿真專用語句等。 介紹約束（Constraints）在綜閤過程中的重要性，包括時鍾頻率約束、端口I/O約束、時序例外等，以及如何定義這些約束文件（SDC, XDC）。 講解綜閤報告的解讀，包括對綜閤結果的評估，例如門數、關鍵路徑時延、時鍾頻率等。 通過實例展示如何優化HDL代碼以獲得更好的綜閤結果。 第三部分：數字係統設計與驗證 本部分將關注更復雜的數字係統設計以及如何確保設計的正確性。 第八章：微處理器與嵌入式係統基礎 介紹微處理器（Microprocessor）的基本架構，包括CPU、內存、I/O接口、總綫等。 講解指令集架構（ISA）的概念，以及RISC（Reduced Instruction Set Computer）和CISC（Complex Instruction Set Computer）的區彆。 介紹嵌入式係統（Embedded Systems）的特點和應用領域。 探討嵌入式係統中的常見組件，如微控製器（Microcontroller）、DSP（Digital Signal Processor）、FPGA等。 分析嵌入式係統設計中的權衡，例如性能、功耗、成本和實時性。 介紹簡單的CPU流水綫（Pipeline）概念，以及指令流水綫如何提高處理器性能。 簡要介紹存儲器（Memory）的原理，如SRAM、DRAM、ROM、Flash Memory。 第九章：片上係統（SoC）設計 定義片上係統（System-on-Chip, SoC）的概念，及其相對於分立器件係統的優勢。 介紹SoC設計的關鍵模塊，如CPU核、DSP核、內存控製器、總綫接口（AXI, AHB）、外設接口（UART, SPI, I2C, USB, Ethernet）等。 詳細講解片上總綫（On-Chip Bus）的重要性，以及AXI（Advanced eXtensible Interface）等高級總綫協議的應用。 介紹IP（Intellectual Property）核的概念，以及IP核在SoC設計中的作用，包括IP核的復用和集成。 討論SoC設計流程，包括架構設計、IP集成、硬件/軟件協同設計。 介紹低功耗設計技術在SoC中的應用，如時鍾門控（Clock Gating）、電源門控（Power Gating）、動態電壓頻率調整（DVFS）。 探討SoC設計的挑戰，如驗證復雜性、功耗管理、接口兼容性。 第十章：測試與驗證策略 強調測試與驗證在數字設計流程中的核心地位，並區分仿真（Simulation）與形式驗證（Formal Verification）的不同。 詳細介紹基於仿真（Simulation-based Verification）的方法： 測試平颱（Testbench）的設計： 講解如何構建高效的測試平颱，包括激勵生成、響應檢查、覆蓋率收集等。 仿真器（Simulator）的使用： 介紹主流仿真器（如QuestaSim, VCS, NC-Verilog）的基本操作和高級功能。 覆蓋率（Coverage）： 詳細講解代碼覆蓋率（Code Coverage）、功能覆蓋率（Functional Coverage）和斷言覆蓋率（Assertion Coverage），以及如何利用覆蓋率來評估驗證的完備性。 隨機驗證（Random Verification）和約束隨機驗證（Constrained-Random Verification）： 闡述如何通過隨機測試發現隱藏的Bug。 斷言（Assertions）： 介紹SystemVerilog Assertions (SVA) 等斷言語言，以及如何在設計和驗證代碼中插入斷言來捕捉設計錯誤。 介紹形式驗證（Formal Verification）技術： 模型檢測（Model Checking）： 講解模型檢測的原理，如何利用其證明屬性（Properties）的正確性，以及在安全性和功能正確性驗證中的應用。 等價性檢查（Equivalence Checking）： 闡述等價性檢查在邏輯綜閤後驗證設計未改變的功能。 講解靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）： 介紹STA的基本原理，如何分析時序路徑，發現時序違規（Timing Violations）。 講解時序約束（Timing Constraints）的編寫和分析報告的解讀。 介紹可測性設計（Design for Testability, DFT）的基本概念： 掃描鏈（Scan Chain）插入： 闡述掃描鏈技術如何提高內部信號的可觀測性和可控製性。 內建自測（Built-In Self-Test, BIST）： 介紹BIST如何讓芯片自身進行測試，降低測試成本。 第十一章：先進驗證技術與方法學 深入探討麵嚮對象驗證方法學（Object-Oriented Verification Methodology, OVM）和通用可復用驗證方法學（Universal Verification Methodology, UVM）。 詳細講解UVM的基本構成：組件（Components）、TLM（Transaction-Level Modeling）、配置（Configuration）、約束填充（Constraint Filling）、連接（Connectivity）等。 演示如何利用UVM構建可復用、可擴展的驗證環境。 介紹SystemVerilog語言在驗證中的高級特性，如接口（Interfaces）、類（Classes）、枚舉（Enums）、聯閤（Unions）、打包（Packed Arrays）、解包（Unpacked Arrays）等。 討論驗證收斂（Verification Convergence）的概念，以及如何製定和管理驗證計劃（Verification Plan）。 介紹常用的驗證加速技術，如分布式仿真（Distributed Simulation）和硬件加速（Hardware Acceleration，如Emulation和Prototyping）。 探討在敏捷開發（Agile Development）模式下如何進行高效驗證。 第四部分：實戰應用與未來趨勢 本部分將結閤實際案例，展望數字設計與驗證的未來。 第十二章：FPGA/ASIC設計流程與實例 詳細介紹使用FPGA進行設計的典型流程，包括需求分析、HDL編碼、功能仿真、綜閤、實現（布局布綫）、時序分析、硬件調試。 介紹ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）設計流程，強調其與FPGA設計的區彆，如版圖設計（Layout Design）、物理驗證（Physical Verification）等。 通過一個實際的FPGA項目案例（例如，一個簡單的圖像處理模塊、一個通信協議接口），引導讀者理解從概念到硬件實現的完整過程，包括原理圖輸入、HDL模塊編寫、IP核調用、頂層設計、時序約束和下載調試。 分析在實際項目開發中可能遇到的挑戰，如時序收斂睏難、功耗超標、功耗限製等，並提供相應的解決方案。 第十三章：數字係統性能優化與功耗管理 係統性地介紹各種提高數字係統性能的方法： 算法級優化： 如何選擇和設計更高效的算法。 結構級優化： 如流水綫技術、並行處理、緩存（Cache）機製。 電路級優化： 如時鍾頻率調整、門控時鍾、數據路徑優化。 深入探討數字係統功耗管理技術： 動態功耗（Dynamic Power）： 主要來源於開關功耗，介紹如何通過降低開關頻率、優化切換活動、門控時鍾等方式來降低。 靜態功耗（Static Power）： 主要來源於漏電流，介紹如何通過采用低漏電工藝、門控電源、多閾值電壓（Multi-Vt）技術來降低。 功耗分析工具： 介紹各種功耗分析工具及其使用方法。 低功耗設計流程： 講解如何在設計初期就考慮功耗，並貫穿整個設計和驗證周期。 第十四章：未來趨勢與展望 探討人工智能（AI）和機器學習（ML）在數字設計自動化（EDA）領域的應用，如智能綜閤、智能驗證、預測性維護等。 分析RISC-V架構對行業的影響，以及其在開放指令集和定製化設計方麵的優勢。 展望異構計算（Heterogeneous Computing）的發展，如CPU、GPU、FPGA、ASIC的協同工作。 討論量子計算（Quantum Computing）對數字電路設計可能帶來的顛覆性影響。 展望網絡安全（Cybersecurity）在硬件設計中的重要性，以及如何設計更安全的硬件。 對數字設計與驗證領域的未來發展方嚮進行預測，鼓勵讀者持續學習和探索。 本書結構清晰，邏輯嚴謹，理論與實踐相結閤，並通過豐富的實例幫助讀者掌握數字邏輯設計與驗證的精髓。無論是初學者還是經驗豐富的工程師，都能從中獲得寶貴的知識和啓發，提升在復雜數字係統設計領域的專業能力。
