数字电路的FPGA设计与实现(基础篇) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘岚著 著

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• 基础教程
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店铺： 博学精华图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111435242

商品编码：29702978959

包装：平装

出版时间：2015-01-01

基本信息

书名:数字电路的FPGA设计与实现(基础篇)

定价：29.0元

售价：19.7元,便宜9.3元,折扣67

作者:刘岚著

出版社：机械工业出版社

出版日期：2015-01-01

ISBN：9787111435242

字数：292

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书较系统地介绍了基础数字电路的FPGA设计与实现过程，提供了较为丰富的FPGA的实验例程和设计例程，让学习者通过实验和设计更加深入地了解基础数字电路的工作原理，并且逐步掌握FPGA的设计与应用技术。

目录

作者介绍

文摘

序言

《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》是一本面向初学者，深入浅出讲解数字电路设计基础以及如何利用FPGA（现场可编程门阵列）将其高效实现的专业教材。本书旨在为读者打下坚实的理论基础，并引导他们逐步掌握FPGA设计的实践技巧，最终能够独立完成中小型数字电路项目的开发。 本书内容涵盖以下核心板块： 第一部分：数字电路基础理论回顾与FPGA环境搭建 在深入FPGA设计之前，扎实的数字电路基础是必不可少的。本部分将对数字电路的基石——组合逻辑和时序逻辑进行系统回顾。 数字电路基础回顾： 数制与编码： 介绍二进制、十进制、十六进制等常用数制，以及BCD码、格雷码、ASCII码等各类编码方式，强调它们在数字系统中的应用。 逻辑门与逻辑代数： 详细讲解与门、或门、非门、异或门、同或门、与非门、或非门等基本逻辑门的功能，并引入布尔代数定律，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等。通过这些定律，我们将学会如何化简复杂的逻辑表达式，这是优化电路性能的关键。 组合逻辑电路： 深入分析各类组合逻辑电路的设计方法。包括： 编码器与译码器： 讲解多对一的编码器（如二进制编码器）和一对多（或多对一）的译码器（如BCD转七段数码管译码器）的工作原理和应用。 多路选择器（MUX）与分路选择器（DEMUX）： 介绍其选择和分配数据的核心功能，并展示如何在复杂系统中用于信号路由。 加法器与减法器： 从半加器、全加器开始，逐步讲解行波进位加法器、超前进位加法器等不同类型的算术电路，为后续数据处理打下基础。 比较器： 实现两个二进制数的大小比较功能。 逻辑函数的实现： 讲解如何利用逻辑门或查找表（LUT）实现任意逻辑函数。 时序逻辑电路： 重点讲解包含记忆功能的电路。 触发器（Flip-Flops）： 详细介绍SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等基本触发器的构成、状态转移特性和时钟同步要求。 寄存器（Registers）： 讲解由触发器组成的寄存器，用于存储数据，并介绍移位寄存器和并行加载寄存器的应用。 计数器（Counters）： 区分同步计数器和异步计数器，深入分析二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）、移位寄存器计数器（Johnson计数器、环形计数器）的设计和工作原理，以及其在分频、定时等方面的应用。 有限状态机（FSM）： 引入Mealy型和Moore型有限状态机的概念，讲解状态转移图、状态表的设计方法，以及如何将其映射到触发器和组合逻辑，用于实现序列信号的生成和控制。 FPGA开发环境搭建与基础概念： FPGA概述： 简要介绍FPGA的定义、发展历程、基本结构（LUT、DFF、布线资源、I/O Block等）及其与ASIC（专用集成电路）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）的比较。 常用FPGA开发软件： 以主流的FPGA厂商（如Xilinx或Intel/Altera）的开发套件为例，介绍其开发流程，包括项目创建、代码编写、综合、布局布线、时序分析和下载。 Quartus Prime / Vivado 软件入门： 详细指导读者如何安装和使用开发软件，讲解软件界面、常用工具栏、项目管理、IP核集成等基本操作。 硬件描述语言（HDL）基础（Verilog/VHDL）： 引入两种主流的HDL。 Verilog基础： 讲解Verilog的基本语法，包括模块（module）、端口（port）、数据类型（reg, wire）、赋值语句（assign, always）、运算符、逻辑门原语、实例化等，通过简单示例展示如何用Verilog描述组合逻辑和时序逻辑。 VHDL基础（可选或作为补充）： 简要介绍VHDL的语法结构，包括实体（entity）、结构（architecture）、端口（port）、信号（signal）、变量（variable）、进程（process）、赋值语句等，使读者对两种语言有初步认识。 FPGA开发流程概览： 详细讲解从需求分析到最终硬件实现的整个流程，包括RTL（Register Transfer Level）设计、行为级仿真、综合、适配、静态时序分析（STA）、下载与硬件调试。 第二部分：基于FPGA的数字电路设计实践 本部分将理论与实践相结合，通过具体的项目案例，引导读者将所学的数字电路知识和HDL语言转化为实际的FPGA设计。 Verilog/VHDL设计入门： 组合逻辑设计实例： 多功能加法器设计： 利用Verilog/VHDL设计一个可选择加法、减法、比较等操作的ALU（Arithmetic Logic Unit）。 BCD转七段数码管显示控制器： 设计一个控制器，将BCD码转换为驱动七段数码管显示的段码信号。 简单的状态机设计： 设计一个简单的交通灯控制器，用状态机来控制不同颜色的灯的亮灭顺序。 时序逻辑设计实例： 简单计数器设计： 从零开始，设计一个可置位、置零、使能、预置值的同步二进制计数器。 移位寄存器应用： 设计一个数据串行化/并行化模块，用于接口通信。 序列发生器设计： 设计一个能够输出特定二进制序列的模块，用于测试或控制。 同步与异步复位： 深入探讨同步复位和异步复位在时序逻辑设计中的区别、优缺点及其在FPGA设计中的推荐用法。 时钟域处理基础： 简要介绍多时钟域问题，以及基本的时钟域交叉处理方法（如握手信号）。 FPGA设计综合与仿真： RTL仿真： 讲解如何在仿真环境中验证HDL代码的正确性，包括测试平台的编写、仿真波形分析、覆盖率检查等。 逻辑综合： 解释综合的目标是将HDL代码映射到FPGA的逻辑资源，以及如何通过约束文件（如SDC）指导综合过程，优化面积、速度和功耗。 静态时序分析（STA）： 强调STA在FPGA设计中的重要性，讲解时序约束（时钟周期、输入/输出延迟等），以及如何分析和解决时序违例问题（如建立时间、保持时间）。 FPGA实现与调试： 布局与布线（Place & Route）： 介绍FPGA内部物理实现的流程，以及其对性能的影响。 下载与硬件调试： 指导读者如何将设计下载到FPGA开发板，并使用片上逻辑分析仪（ILA）或逻辑分析仪对实际硬件进行调试，定位和解决问题。 IP核的使用： 讲解如何利用FPGA厂商提供的IP核（如DDR控制器、UART控制器、DSP模块等）来加速开发过程。 简单系统集成： LED闪烁与按键输入： 设计一个基本的LED闪烁程序，并集成按键输入，实现对闪烁频率的控制。 UART通信接口： 设计一个简单的UART发送和接收模块，实现与PC的串行通信，用于数据传输和调试信息输出。 SPI/I2C接口基础（选讲）： 介绍SPI和I2C总线协议，并展示如何设计简单的控制器与外设通信。 第三部分：进阶概念与项目开发指导 在掌握了基础设计方法后，本部分将引入一些更高级的概念，并为读者未来的项目开发提供指导。 状态机的高级应用： 状态编码优化： 介绍格雷码编码、二进制编码等不同状态编码方式对面积和速度的影响。 复杂状态机设计： 讲解如何设计更复杂的FSM，如握手协议、通信协议解析等。 流水线（Pipelining）技术： 解释流水线如何通过增加深度来提高吞吐量，并举例说明在数据通路中的应用。 模块化设计与层次化结构： 强调良好的代码组织和模块划分对于大型项目的重要性。 异步FIFO与同步FIFO： 讲解两种常用的缓冲器设计，以及它们在不同时钟域数据传输中的应用。 信号完整性基础： 简要介绍FPGA设计中可能出现的信号完整性问题，如串扰、反射等，以及一些基本的缓解措施。 低功耗设计入门： 介绍一些FPGA低功耗设计的基本思想和技术。 小型综合项目设计： 简单的数字时钟设计： 集成计数器、显示驱动等模块，实现一个显示时间功能的数字时钟。 简易数据采集与处理系统： 结合ADC（如果开发板支持）或模拟输入，设计一个采集模拟信号并进行简单处理（如平均值计算）的系统。 游戏机或控制器原型： 基于FPGA，设计一个简单的游戏控制器，例如贪吃蛇、打砖块等游戏的逻辑部分。 本书的特色： 循序渐进： 从最基础的数字电路概念讲起，逐步深入到FPGA设计和实现，适合完全没有FPGA设计经验的初学者。 理论与实践紧密结合： 大量穿插具体的Verilog/VHDL设计实例和项目，让读者在学习理论的同时，能够立即动手实践。 强调调试能力： 详细介绍仿真和硬件调试的方法，帮助读者克服设计中的难点。 注重工程实践： 引导读者理解FPGA开发的全流程，培养良好的设计习惯。 内容详实，覆盖全面： 覆盖了FPGA基础设计所需的核心知识点，为读者进一步深入学习打下坚实基础。 通过阅读《数字电路的FPGA设计与实现（基础篇）》，读者将能够： 透彻理解数字电路的工作原理。 熟练掌握使用Verilog/VHDL进行数字电路描述。 掌握FPGA开发软件的使用和基本流程。 能够独立完成中小型FPGA设计项目。 具备解决FPGA设计中常见问题的能力。 为后续学习更高级的FPGA设计技术（如SoPC、高性能计算、嵌入式系统集成等）奠定坚实基础。 本书是所有希望进入数字IC设计、嵌入式硬件开发、FPGA应用等领域的工程师、研究人员和高年级本科生、研究生的理想选择。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

这本书的目录结构清晰得令人赞叹，每一章节的标题都精准地概括了其核心内容，层级划分非常合理，从基础概念到具体实践的过渡自然流畅。我快速浏览了一下目录，发现它似乎非常注重逻辑的连贯性，不像有些教材那样东一块西一块地堆砌知识点。这种精心设计的脉络，预示着作者在编排内容时花了不少心思去考虑读者的认知曲线。对于一个希望系统学习新领域的读者而言，清晰的架构是避免迷失方向的关键。我特别留意到某些章节标题后的小标题标注，这暗示了内容可能包含了更细致的知识模块划分，非常适合需要按部就班掌握技能的人群。

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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