数字系统设计与PLD应用(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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臧春华，蒋璇著 著

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• 第三版
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121087271

商品编码：29757219055

包装：平装

出版时间：2009-05-01

基本信息

书名:数字系统设计与PLD应用(第三版)

定价：40.00元

售价：29.2元,便宜10.8元,折扣73

作者:臧春华,蒋璇著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2009-05-01

ISBN：9787121087271

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.763kg

编辑推荐

内容提要

本书为普通高等教育“十一五”*规划教材。本书阐述数字系统设计方法和可编程逻辑器件PLD的应用技术。引导读者从一般的数字功能电路设计转向数字系统设计；从传统的非定制通用集成电路的应用转向用户半定制的PLD的应用；从单纯的硬件设计转向硬件、软件高度渗透的设计方法。从而了解数字技术的新发展、新思路、新器件，拓宽软、硬件没计的知识面，提高设计能力。本书是编者在汇总了多年从事数字系统设计和PLD应用技术教学及科研成果的基础上编写的，取材丰富，概念清晰，既有较高的起点和概括，也有很好的实用和参考价值。书中软、硬件结合恰当，有一定的前瞻性和新颖性。全书文字流畅，图、文、表紧密结合，可读性强。
本书共8章，每章之后均有丰富的习题供读者选做。第8章提供10个上机实验题，供不同层次教学需求和读者选用。书末有附录，简明介绍各种HDPLD典型器件和一种典型PLD开发工具，供读者参考。
本书可作为高等学校电子信息类、电气信息类、计算机类各专业的教科书，同时也是上述学科及其他相关学科工程技术人员很好的实用参考书。

目录

章 数字系统设计方法
　1.1　绪言
1.1.1　数字系统的基本概念
1.1.2　数字系统的基本模型
1.1.3　数字系统的基本结构
1.2　数字系统设计的一般步骤
1.2.1　引例
1.2.2　数字系统设计的基本步骤
1.2.3　层次化设计
1.3　数字系统设计方法
1.3.1　自上而下的设计方法
1.3.2　自下而上的设计方法
1.3.3　基于关键部件的设计方法
1.3.4　信息流驱动的设计方法
1.4　数字系统的描述方法之一——算法流程图
1.4.1　算法流程图的符号与规则
1.4.2　设计举例
习题1
第2章　数字系统的算法设计和硬件实现
2.1　算法设计
2.1.1　算法设计综述
2.1.2　跟踪法
2.1.3　归纳法
2.1.4　划分法
2.1.5　解析法
2.1.6　综合法
　2.2　算法结构
2.2.1　顺序算法结构
2.2.2　并行算法结构
2.2.3　流水线算法结构
2.3　数据处理单元的设计
2.3.1　系统硬件实现概述
2.3.2　器件选择
2.3.3　数据处理单元设计步骤
2.3.4　数据处理单元设计实例
　2.4　控制单元的设计
2.4.1　系统控制方式
2.4.2　控制器的基本结构和系统同步
2.4.3　算法状态机图(ASM图）
2.4.4　控制器的硬件逻辑设计方法
　习题2
第3章　硬件描述语言VHDl和VerilogHDl
　3.1　概述
3.2　VHDl及其应用
3.2.1　VHDl基本结构
3.2.2　数据对象、类型及运算符
3.2.3　顺序语句
3.2.4　并行语句
3.2.5　子程序
3.2.6　程序包与设计库
3.2.7　元件配置
3.2.8　VHDl描述实例
　3.3　VerilogHDl及其应用
3.3.1　VerilogHDl基本结构
3.3.2　数据类型、运算符与表达式
3.3.3　行为描述语句
3.3.4　并行语句
3.3.5　结构描述语句
3.3.6　任务与函数
3.3.7　编译预处理
3.3.8　VerilogHDl描述实例
习题3
第4章 可编程逻辑器件PlD原理和应用
4.1　PlD概述
4.2　简单PlD原理
4.2.1　PlD的基本组成
4.2.2　PlD的编程
4.2.3　阵列结构
4.2.4　PlD中阵列的表示方法
4.3　SPlD组成和应用
4.3.1　只读存储器ROM
4.3.2　可编程逻辑阵列PlA
4.3.3　可编程阵列逻辑PAl
4.3.4　通用阵列逻辑GAl
……
第5章　高密度PLD及其应用
第6章　采用HDPLD设计数字系统实例
第7章　可编程片上系统（SOPC）
第8章　上机实验
附录A　HDPLD典型器件介绍
附录B　PLD开发软件QuartusII8.0简介
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《数字系统设计与PLD应用（第三版）》：洞悉数字逻辑的演进与现代实现 本书是一部全面而深入的数字系统设计教材，旨在为读者构建扎实的数字逻辑基础，并引导其掌握现代数字系统实现的关键技术。它不仅涵盖了数字电路设计的理论精髓，更紧密结合了可编程逻辑器件（PLD）这一当下主流的实现手段，为工程师和学生提供了一条从概念到实践的清晰路径。本书第三版在原有基础上，进一步优化了内容结构，融入了最新的技术发展和设计理念，力求成为读者在数字系统设计领域学习与参考的权威指南。 第一部分：数字系统的基石——逻辑代数与组合逻辑 本书的开篇，我们将从最基础的数字世界基石——逻辑代数入手。理解布尔代数的基本公理、定理以及常用公式，是进行任何数字电路设计的前提。我们将详细讲解如何运用逻辑代数来简化逻辑表达式，从而设计出效率更高、成本更低的逻辑电路。 接着，本书将深入探讨组合逻辑电路的设计。组合逻辑电路的特点是其输出仅取决于当前输入，不受历史状态影响。我们将覆盖各种经典的组合逻辑模块，包括但不限于： 编码器与译码器： 这些电路是数字系统中信息转换的关键，广泛应用于地址译码、数据选择等场景。我们将从基本原理出发，讲解如何设计不同位数的编码器和译码器，并分析其在实际系统中的应用。 多路选择器（Multiplexer, MUX）与多路分配器（Demultiplexer, DEMUX）： MUX如同一个可控的“开关”，能够根据选择信号从多个输入中选择一个传递给输出，而DEMUX则相反，将一个输入信号分发到多个输出中的一个。我们将详细介绍它们的结构、工作原理，以及在数据路由、信号选择等方面的实际应用。 加法器与减法器： 作为算术逻辑单元（ALU）的核心组成部分，全加器、半加器、串行加法器、并行加法器等将是讲解的重点。我们将分析它们的逻辑功能、实现方式，以及在计算机和数字信号处理中的重要性。 比较器： 用于比较两个二进制数的大小，其输出指示两个数是相等、大于还是小于。我们将讲解不同位数的比较器的设计，并说明其在控制系统和数据校验中的作用。 逻辑门电路的实现： 除了理论上的布尔表达式，我们还将探讨如何用基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）来实现更复杂的逻辑功能。 在组合逻辑的设计过程中，本书将强调图表化方法，如卡诺图（Karnaugh Map）的应用。卡诺图是一种直观的工具，能够帮助设计者系统地化简布尔表达式，避免遗漏最简化的可能性，从而设计出最优化的组合逻辑电路。我们将提供大量的实例，演示如何使用卡诺图进行逻辑化简。 第二部分：时序逻辑——捕捉时间维度 数字系统不仅仅是静态逻辑的组合，更是动态变化的集合。时序逻辑电路引入了“时间”的概念，其输出不仅取决于当前输入，还取决于电路的过去状态，这通常由触发器（Flip-flop）或锁存器（Latch）来存储。 本部分将深入讲解各种类型的触发器，包括： SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器： 我们将详细分析它们的结构、状态转移图，以及在不同时钟沿触发下的工作特性。理解触发器的内部工作原理对于设计同步时序电路至关重要。 寄存器（Register）： 寄存器是存储一组二进制信息的单元，通常由多个触发器组成。我们将讲解移位寄存器（用于数据串行/并行转换）和通用寄存器（用于数据存储和暂存）的设计与应用。 计数器（Counter）： 计数器能够按照预设的顺序对时钟脉冲进行计数。我们将介绍各种类型的计数器，包括： 同步计数器： 所有触发器在同一时钟信号下翻转，具有良好的同步性，速度较快。 异步计数器（行波计数器）： 后一级触发器的时钟信号由前一级触发器的输出提供，结构简单，但速度受触发器个数影响。 移位寄存器计数器： 利用移位寄存器的反馈实现计数功能。 任意模计数器： 讲解如何设计计数到任意数字N的计数器。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： FSM是描述时序逻辑系统的强大模型，能够抽象出系统的行为。我们将详细讲解Mealy型和Moore型状态机的区别、状态图、状态表的设计，以及如何将其转化为实际的硬件电路。FSM在控制器设计、序列检测、协议处理等领域有着极其广泛的应用。 在时序逻辑的设计过程中，本书将强调同步设计原则，解释时钟信号的作用，以及如何避免亚稳态（Metastability）等时序问题。我们将通过大量的实例，展示如何使用触发器、寄存器和计数器构建复杂的控制器和数据处理单元。 第三部分：现代实现手段——PLD与FPGA 随着集成电路技术的飞速发展，可编程逻辑器件（PLD）已成为实现数字系统的主流技术。PLD允许用户通过软件编程来定义电路的功能，无需传统的门级布线，极大地提高了设计效率和灵活性。 本书将重点介绍以下PLD器件： 可编程只读存储器（PROM）、可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）： 我们将从这些较早期的PLD器件讲起，介绍它们的基本结构（与或阵列）和编程方式，理解PLD的发展历程。 复杂可编程逻辑器件（CPLD）： CPLD集成了多个宏单元，具有更高的集成度和更强的逻辑能力，适合实现中等规模的数字系统。我们将讲解CPLD的架构，包括宏单元、可编程互连阵列（PIA）等，以及如何利用CPLD实现组合逻辑和时序逻辑。 现场可编程门阵列（FPGA）： FPGA是当前最主流的PLD技术，它提供了数以万计甚至数百万计的可配置逻辑单元（CLB）和可编程互连资源，能够实现极其复杂的数字系统。我们将深入剖析FPGA的内部架构，包括CLB、输入/输出块（IOB）、可编程开关矩阵等，并详细讲解FPGA的设计流程。 第四部分：硬件描述语言（HDL）与设计流程 现代数字系统设计离不开硬件描述语言（HDL）。HDL是一种用于描述数字电路功能的文本语言，通过HDL代码，我们可以抽象地描述电路的行为和结构，然后由EDA（Electronic Design Automation）工具将其转化为门级网表，最终烧录到PLD器件中。 本书将重点介绍两种主流的HDL： Verilog HDL： Verilog是一种广泛应用于数字逻辑设计和验证的HDL。我们将从Verilog的基本语法、数据类型、运算符、过程语句、模块实例化等方面进行讲解，并提供大量将组合逻辑和时序逻辑用Verilog实现的实例。 VHDL（可选）： 尽管Verilog更为流行，但VHDL作为另一种强大的HDL，在某些领域仍有重要应用。如果篇幅允许，我们也会对其基本概念进行介绍。 本书将详细阐述完整的数字系统设计流程，包括： 1. 需求分析与规格定义： 明确设计目标和功能需求。 2. 系统级设计与划分： 将复杂系统分解为更小的模块。 3. HDL代码编写： 使用Verilog等HDL描述电路功能。 4. 仿真验证： 使用仿真工具对HDL代码进行功能验证，确保设计的正确性。 5. 综合（Synthesis）： 将HDL代码转化为特定PLD器件的门级网表。 6. 实现（Implementation）： 包括布局（Place）和布线（Route），将网表映射到PLD器件的物理资源上。 7. 时序分析： 检查电路的时序是否满足设计要求。 8. 生成比特流文件： 生成可编程文件，用于烧录到PLD器件。 9. 下载与硬件测试： 将比特流文件下载到PLD器件，并在实际硬件上进行测试。 第五部分：高级主题与应用实例 为了进一步拓展读者的视野，本书还将探讨一些高级主题和实际应用： 状态机优化与编码： 讲解如何选择合适的状态编码方式（如独热码、二进制码）以优化硬件资源使用和提高性能。 时序约束与时序优化： 深入分析时序报告，理解建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）等概念，并学习如何通过代码修改或EDA工具选项来优化电路时序。 低功耗设计： 介绍在PLD设计中降低功耗的一些常见技术。 IP核（Intellectual Property Core）的使用： 讲解如何复用现有的、经过验证的IP核来加速设计。 常见数字系统应用实例： 通过具体的应用实例，如简单的微处理器控制器、数据采集系统、通信接口模块等，来巩固所学知识，展示数字系统设计的强大能力。 总结 《数字系统设计与PLD应用（第三版）》不仅仅是一本理论书籍，它更是连接数字逻辑理论与现代硬件实现之间的桥梁。本书内容结构清晰，语言严谨，配以丰富的实例和图示，力求帮助读者深刻理解数字系统的设计原理，熟练掌握使用PLD和HDL进行高效设计的方法。无论您是初学者，还是希望提升自身技能的工程师，本书都将是您在数字系统设计领域不可或缺的宝贵资源，助您把握技术脉搏，驾驭数字世界的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

读完这本巨著，我最大的感受是它构建了一个完整的知识生态系统。它并非孤立地讲解某一技术点，而是将PLD技术置于整个数字电子设计领域的大背景下去考察。书中对不同设计方法的优劣势的对比分析，尤其令人印象深刻，比如结构化描述与行为描述之间的权衡，这在实际项目中经常需要做决策。此外，作者在章节末尾设置的思考题和习题，设计得非常巧妙，它们往往不是简单的知识点重复，而是需要读者综合运用前几章知识来解决的小型设计任务，有效地检验了学习效果，并引导读者主动探索更深层次的解决方案。总体而言，这本书的知识体系非常完备，从最基础的布尔代数到现代可编程逻辑器件的应用，形成了一个闭环的学习路径。它不仅传授了“如何做”（How-to），更重要的是阐释了“为什么这样做”（Why），这正是区分优秀技术著作与普通教材的关键所在，它真正培养了读者的工程判断力。

评分☆☆☆☆☆

这本书在处理复杂的系统级集成问题时，展现出了一种成熟的、工程化的思维模式。它不仅仅教你如何设计一个加法器或一个状态机，更重要的是，它指导读者如何将这些基本模块有效地组织成一个大型、可维护的数字系统。在涉及到总线结构和接口协议的部分，虽然篇幅相对精简，但切中要害地指出了关键的设计考量点，例如握手协议的实现和数据同步的挑战。这种宏观视角对于准备从事项目开发的读者来说，价值极高。它促使读者从一开始就思考模块间的交互、时钟域的隔离以及资源的合理分配，而不是仅仅关注局部功能的正确性。这种从“点”到“面”的系统化教学方法，使得读者在完成学习后，能够以一种更加全面的、接近实际工程需求的方式来审视和构建数字系统，为后续学习更高级的SoC或ASIC设计打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本《数字系统设计与PLD应用（第三版）》，我首先被其内容的广度和深度所震撼。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一部详尽的工程实践指南。作者在阐述基础逻辑门电路和组合逻辑设计时，采用了非常直观且循序渐进的方式，让人能迅速把握住核心概念。特别是对于时序逻辑，书中通过大量实例，清晰地剖析了触发器、寄存器以及有限状态机的设计与分析过程，这对于初学者来说无疑是极大的福音。我尤其欣赏的是，书中并没有停留在理论层面，而是紧密结合了实际的硬件描述语言（HDL），如VHDL或Verilog，展示了如何将抽象的设计转化为可实现的电路。在讲解PLD（可编程逻辑器件）的应用时，作者的视角非常前沿，不仅涵盖了传统的CPLD和FPGA的基本架构，还深入探讨了如何利用这些器件来实现复杂的数字算法和系统。整本书的编排逻辑严密，从基础到高级，层层递进，每一章的知识点都相互支撑，使得整个学习路径非常顺畅，让人感觉每学完一个章节，自己的数字设计能力都得到了实质性的提升。这种扎实的理论基础与丰富的实践指导相结合的编写风格，是这本书最引人注目的特点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的第三版相较于前几版，无疑在内容更新上展现了极大的诚意和前瞻性。我注意到，新版本中对现代数字设计流程的描述更加完善，尤其是在涉及高层次综合（HLS）和基于IP核的设计方法论方面，有着显著的加强。这反映出作者紧跟业界发展的步伐，理解到当代工程师越来越需要掌握工具链的自动化和抽象化能力。阅读过程中，我发现书中对资源约束和时序收敛等实际工程问题也进行了深入探讨，这些内容往往是初级教材中容易被忽略的“软技能”。例如，在讨论FPGA资源优化时，作者提供的技巧和陷阱分析，对于提高代码的效率和可移植性具有不可替代的价值。此外，书中对不同类型逻辑单元（如查找表LUT、锁相环PLL）的内部工作原理剖析得非常透彻，这使得读者在面对实际芯片文档时，能够建立起更深层次的理解，而不是仅仅停留在“使用”的层面。这种对底层架构的深入挖掘，极大地提升了本书的专业深度和实用价值，使其成为一本不仅适合教学，更适合资深工程师案头常备的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

从排版和可读性角度来看，这本书的质量也达到了专业书籍的一流水准。清晰的图表、恰当的代码示例和结构化的章节布局，极大地减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳。特别是那些复杂的电路图和波形图，都以极高的精度呈现，确保了关键信息的准确传达。我特别喜欢书中对每一个重要概念都会配有详细的文字解释和对应的图示，这种多维度的信息输入方式，非常有利于理解那些抽象的逻辑关系。即便是对于一些需要细致推导的数学公式，作者也给出了详细的推导过程，避免了“凭空出现”的结论，这对于培养读者的逻辑思维能力至关重要。我感觉作者在撰写过程中投入了巨大的心血来确保内容的连贯性和易懂性，没有出现那种为了堆砌技术术语而牺牲清晰度的现象。对于一个需要大量时间沉浸在数字逻辑学习中的读者来说，一本排版精良、图文并茂的书籍，无疑是提高学习效率的强大助推器。