基本信息
书名:数字系统设计与PLD应用(第3版)
定价:45.00元
作者:臧春华,蒋璇
出版社:电子工业出版社
出版日期:2009-05-01
ISBN:9787121087271
字数:
页码:422
版次:3
装帧:平装
开本:16开
商品重量:0.763kg
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内容提要
《数字系统设计与PLD应用(第3版)》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。
《数字系统设计与PLD应用(第3版)》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。
《数字系统设计与PLD应用(第3版)》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。
《数字系统设计与PLD应用(第3版)》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
4.3.5 GAL应用举例
4.4 采用SPLD设计数字系统
4.4.1 采用SPLD实现系统的步骤
4.4.2 设计举例
4.4.3 采用SPLD设计系统的讨论
习题4
第5章 高密度PLD及其应用
5.1 HDPLD分类
5.2 HDPLD组成
5.2.1 阵列扩展型CPLD
5.2.2 现场可编程门阵列(FPGA)
5.2.3 延迟确定型FPGA
5.2.4 多路开关型FPGA
5.3 HDPLD编程技术
5.3.1 在系统可编程技术
5.3.2 在电路配置(重构)技术
5.3.3 反熔丝(Antifuse)编程技术
5.4 HDPLD开发平台
5.4.1 HDPLD开发系统的基本工作流程
5.4.2 HDPLD开发系统的库函数
5.5 当前常用可编程逻辑器件及其开发工具
5.5.1 Lattice公的CPLD/FPGA与开发软件
5.5.2 Altera公的CPLD/FPGA及开发工具
5.5.3 Xilinx公的CPLD/FPGA和开发平台
5.5.4 用于CPLD/FPGA的IP核
习题5
第6章 采用HDPLD设计数字系统实例
6.1 高速并行乘法器的设计
6.1.1 算法设计和结构选择
6.1.2 器件选择
6.1.3 设计输入
6.1.4 芯片引脚定义
6.1.5 逻辑仿真
6.1.6 目标文件产生和器件下载
6.2 十字路口交通管理器的设计
6.2.1 交通管理器的功能
6.2.2 系统算法设计
6.2.3 设计输入
6.3 九九乘法表系统的设计
6.3.1 系统功能和技术指标
6.3.2 算法设计
6.3.3 数据处理单元的实现
6.3.4 设计输入
6.3.5 系统的功能仿真
6.4 FIFO(先进先出堆栈)的设计
6.4.1 FIFO的功能
6.4.2 算法设计和逻辑框图
6.4.3 数据处理单元和控制器的设计
6.4.4 设计输入
6.4.5 用VerilogHDL进行设计
6.4.6 仿真验证
6.5 数据采集和反馈控制系统的设计
6.5.1 系统设计要求
6.5.2 设计输入
6.6 FIR有限冲激响应滤波器的设计
6.6.1 FIR结构简介
6.6.2 设计方案和算法结构
6.6.3 模块组成
6.6.4 FIR滤波器的扩展应用
6.6.5 设计输入
6.6.6 设计验证
6.7 UART接口设计
6.7.1 UART组成与帧格式
6.7.2 顶层模块的描述
6.7.3 发送模块设计
6.7.4 接收模块设计
6.7.5 仿真验证
6.8 简单处理器的设计
6.8.1 系统功能介绍
6.8.2 处理器硬件系统
6.8.3 处理器指令系统
6.8.4 处理器硬件系统的设计和实施
6.8.5 设计输入
6.8.6 系统功能仿真
习题6
第7章 可编程片上系统(SOPC)
7.1 概述
7.2 基于MicroBlaze软核的嵌入式系统
7.2.1 Xilinx的SOPC技术
7.2.2 MicroBlaze处理器结构
7.2.3 MicroBlaze信号接口
7.2.4 MicroBlaze软硬件设计流程
7.3 基于NiosⅡ软核的SOPC
7.3.1 Altera的SOPC技术
7.3.2 NiosⅡ处理器
7.3.3 Avalon总线架构
7.3.4 NiosⅡ软硬件开发流程
7.4 设计实例
7.4.1 设计要求
7.4.2 运行QuartusⅡ并新建设计工程
7.4.3 创建一个新的SOPCBuilder系统
7.4.4 在SOPCBuilder中定义NiosⅡ系统
7.4.5 在SOPCBiulder中生成NiosⅡ系统
7.4.6 将NiosⅡ系统集成到QuartusⅡ工程中
7.4.7 用NiosⅡIDE开发软件
习题7
第8章 上机实验
实验1 逻辑门实现组合电路
一、实验目的
二、实验内容
三、注意事项
实验2 数据选择器或译码器实现组合电路
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、注意事项
实验3 码制变换器
一、实验目的
二、实验内容
三、注意事项
实验4 序列发生器
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、注意事项
实验5 序列检测器
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
实验6 控制器的设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
实验7 脉冲分配器
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
实验8 十字路口交通管理器
一、实验目的
二、实验内容
三、实验要求
实验9 UART接口设计
一、实验目的
二、实验内容
实验10 简单处理器VHDL设计的完成
一、实验目的
二、实验内容
三、实验要求
附录A HDPLD典型器件介绍
A.1 器件封装形式说明
A.2 Altera公典型器件
A.3 Xilinx公典型器件
A.4 Lattice公典型器件
A.5 Actel公典型器件
附录B PLD开发软件QuartusⅡ8.0简介
B.1 概述
B.2 用QuartusⅡ进行设计的一般过程
B.3 设计输入
B.4 编译
B.5 仿真验证
B.6 时序分析
B.7 底层图编辑
B.8 下载
B.9 “Settings”对话框
B.10 QuartusⅡ中的库元件
参考文献
作者介绍
文摘
序言
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
4.3.5 GAL应用举例
4.4 采用SPLD设计数字系统
4.4.1 采用SPLD实现系统的步骤
4.4.2 设计举例
4.4.3 采用SPLD设计系统的讨论
习题4
第5章 高密度PLD及其应用
5.1 HDPLD分类
5.2 HDPLD组成
5.2.1 阵列扩展型CPLD
5.2.2 现场可编程门阵列(FPGA)
5.2.3 延迟确定型FPGA
5.2.4 多路开关型FPGA
5.3 HDPLD编程技术
5.3.1 在系统可编程技术
5.3.2 在电路配置(重构)技术
5.3.3 反熔丝(Antifuse)编程技术
5.4 HDPLD开发平台
5.4.1 HDPLD开发系统的基本工作流程
5.4.2 HDPLD开发系统的库函数
5.5 当前常用可编程逻辑器件及其开发工具
5.5.1 Lattice公的CPLD/FPGA与开发软件
5.5.2 Altera公的CPLD/FPGA及开发工具
5.5.3 Xilinx公的CPLD/FPGA和开发平台
5.5.4 用于CPLD/FPGA的IP核
习题5
第6章 采用HDPLD设计数字系统实例
6.1 高速并行乘法器的设计
6.1.1 算法设计和结构选择
6.1.2 器件选择
6.1.3 设计输入
6.1.4 芯片引脚定义
6.1.5 逻辑仿真
6.1.6 目标文件产生和器件下载
6.2 十字路口交通管理器的设计
6.2.1 交通管理器的功能
6.2.2 系统算法设计
6.2.3 设计输入
6.3 九九乘法表系统的设计
6.3.1 系统功能和技术指标
6.3.2 算法设计
6.3.3 数据处理单元的实现
6.3.4 设计输入
6.3.5 系统的功能仿真
6.4 FIFO(先进先出堆栈)的设计
6.4.1 FIFO的功能
6.4.2 算法设计和逻辑框图
6.4.3 数据处理单元和控制器的设计
6.4.4 设计输入
6.4.5 用VerilogHDL进行设计
6.4.6 仿真验证
6.5 数据采集和反馈控制系统的设计
6.5.1 系统设计要求
6.5.2 设计输入
6.6 FIR有限冲激响应滤波器的设计
6.6.1 FIR结构简介
6.6.2 设计方案和算法结构
6.6.3 模块组成
6.6.4 FIR滤波器的扩展应用
6.6.5 设计输入
6.6.6 设计验证
6.7 UART接口设计
6.7.1 UART组成与帧格式
6.7.2 顶层模块的描述
6.7.3 发送模块设计
6.7.4 接收模块设计
6.7.5 仿真验证
6.8 简单处理器的设计
6.8.1 系统功能介绍
6.8.2 处理器硬件系统
6.8.3 处理器指令系统
6.8.4 处理器硬件系统的设计和实施
6.8.5 设计输入
6.8.6 系统功能仿真
习题6
第7章 可编程片上系统(SOPC)
7.1 概述
7.2 基于MicroBlaze软核的嵌入式系统
7.2.1 Xilinx的SOPC技术
7.2.2 MicroBlaze处理器结构
7.2.3 MicroBlaze信号接口
7.2.4 MicroBlaze软硬件设计流程
7.3 基于NiosⅡ软核的SOPC
7.3.1 Altera的SOPC技术
7.3.2 NiosⅡ处理器
7.3.3 Avalon总线架构
7.3.4 NiosⅡ软硬件开发流程
7.4 设计实例
7.4.1 设计要求
7.4.2 运行QuartusⅡ并新建设计工程
7.4.3 创建一个新的SOPCBuilder系统
7.4.4 在SOPCBuilder中定义NiosⅡ系统
7.4.5 在SOPCBiulder中生成NiosⅡ系统
7.4.6 将NiosⅡ系统集成到QuartusⅡ工程中
7.4.7 用NiosⅡIDE开发软件
习题7
第8章 上机实验
实验1 逻辑门实现组合电路
一、实验目的
二、实验内容
三、注意事项
实验2 数据选择器或译码器实现组合电路
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、注意事项
实验3 码制变换器
一、实验目的
二、实验内容
三、注意事项
实验4 序列发生器
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、注意事项
实验5 序列检测器
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
实验6 控制器的设计
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
实验7 脉冲分配器
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
实验8 十字路口交通管理器
一、实验目的
二、实验内容
三、实验要求
实验9 UART接口设计
一、实验目的
二、实验内容
实验10 简单处理器VHDL设计的完成
一、实验目的
二、实验内容
三、实验要求
附录A HDPLD典型器件介绍
A.1 器件封装形式说明
A.2 Altera公典型器件
A.3 Xilinx公典型器件
A.4 Lattice公典型器件
A.5 Actel公典型器件
附录B PLD开发软件QuartusⅡ8.0简介
B.1 概述
B.2 用QuartusⅡ进行设计的一般过程
B.3 设计输入
B.4 编译
B.5 仿真验证
B.6 时序分析
B.7 底层图编辑
B.8 下载
B.9 “Settings”对话框
B.10 QuartusⅡ中的库元件
参考文献
这本书的封面设计着实吸引眼球,那种深蓝与亮黄的撞色,加上现代感十足的字体,一下子就把人带入了电子工程的严谨世界。我拿到手的时候,首先被它的厚度和分量感所折服,这绝不是那种敷衍的入门读物,而是真材实料的专业著作。内页的排版布局也相当考究,图文并茂的讲解方式,即便是面对那些抽象的逻辑电路图,也能让人迅速抓住核心要义。我特别欣赏作者在介绍基础概念时所采用的类比手法,比如用日常生活的场景来解释时序逻辑的复杂性,这极大地降低了初学者的学习门槛。而且,书中对各种标准器件(Standard Components)的深入剖析,远超出了我之前接触过的任何教材,它不仅仅停留在理论层面,更注重实际应用中的选型和优化策略,这点对于工程实践者来说是无价之宝。它就像一位经验丰富的前辈,在你迷茫时,不只是给你一张地图,更告诉你如何辨认路标,甚至预判前方的“路况”。
评分这本书的结构安排简直是一场精心编排的交响乐,层层递进,逻辑严密得让人拍案叫绝。它没有急于抛出那些烧脑的复杂设计,而是稳扎稳打地从最基础的布尔代数和逻辑门开始构建知识体系。当我读到关于组合逻辑电路的优化章节时,那种豁然开朗的感觉至今难忘。作者巧妙地运用了卡诺图(K-map)的简化方法,并将其与更高级的奎因-麦克拉斯基(Quine-McCluskey)算法进行了对比,清晰地指出了不同方法在处理多变量问题时的优缺点和适用场景。更值得称道的是,书中对“竞争与冒险”现象的讨论,这往往是教科书中最容易被一带而过却在实际电路中制造灾难的点。作者不仅指出了问题,还详细阐述了如何通过增加冗余项或使用滤波电容等硬件手段来有效抑制,这种对细节的偏执,体现了作者深厚的实践功底,让我感觉自己不仅仅是在阅读理论,更像是在参与一次高质量的实验室调试过程。
评分我个人认为,这本书最核心的价值在于它对可编程逻辑器件(PLD)的全面覆盖和前瞻性视角。在如今这个FPGA和CPLD主导的时代,一本能把传统逻辑设计与现代可编程技术无缝衔接的书籍显得尤为珍贵。它对GAL、CPLD等不同架构的器件进行了细致入微的介绍,特别是关于目标语言(Target Language)的描述,它没有局限于某一家厂商的特定语法,而是提炼出了通用的硬件描述语言(HDL)的精髓。当我尝试用书中的示例代码去仿真一些简单的状态机时,发现其注释清晰到几乎可以逐行对应到理论推导过程,这极大地减少了调试时间。相比于那些只罗列语法和例程的参考手册,这本书更像是一本“如何思考”的指南,它引导读者从“电路思维”转换到“硬件描述思维”,这种思维上的跃迁,才是未来工程师必备的核心竞争力所在。
评分从排版和印刷质量上来说,这本书给我的感觉是“匠心独运”。纸张的质感很好,不是那种容易反光的廉价纸张,长时间阅读下来,眼睛的疲劳感明显减轻。图表的清晰度是电子工程书籍的生命线,而这本书在这方面做得无可挑剔,无论是时序图的波形细节,还是复杂的芯片引脚图,都锐利清晰,没有任何模糊或重影。我尤其喜欢它在每章末尾设置的“设计挑战”环节,这些问题往往不是简单的计算题,而是需要综合运用本章和前几章知识的综合性项目,极大地锻炼了读者的系统集成能力。这些挑战的难度设置非常合理,既有能快速建立信心的入门级练习,也有能让人冥思苦想数小时的“硬骨头”,充分满足了不同水平读者的学习需求,让学习过程始终保持在一种积极的“心流”状态之中。
评分坦白讲,初次翻阅时,我对如此厚重的技术书籍难免有些畏惧,担心内容过于陈旧或脱离实际。然而,这本书彻底颠覆了我的这种担忧。它仿佛拥有魔力,能将最枯燥的逻辑优化转化为一场有趣的智力游戏。书中对时序分析的论述深入浅出,关于建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold Time)的讨论,不再是冰冷的公式堆砌,而是结合了真实的芯片延迟模型进行了细致的量化分析,这种与实际IC工艺的紧密结合,让理论不再悬浮空中。它成功地在学术深度和工程实用性之间找到了一个近乎完美的平衡点。这本书已经成为了我案头常备的参考书,每当遇到新的项目需求,我都会习惯性地翻阅其中的章节,总能从中汲取到新的设计思路和解决问题的灵感。它不仅是知识的载体,更像是一位沉默的、高水平的技术顾问。
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