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数字系统设计与Verilog HDL（第6版）

作者: 王金明著

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2016-10

版次: 01

ISBN: 9787121300974

定价: 49.90

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 其他

页数: 392页

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

109人买过

本书根据EDA课程教学要求，以提高数字设计能力为目的，系统阐述FPGA数字系统开发的相关知识，主要内容包括EDA技术概述、FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述语言等。全书以Quartus Prime、Synplify Pro软件为平台，以Verilog―1995和Verilog―2001语言标准为依据，以可综合的设计为重点，通过大量经过验证的数字设计实例，阐述数字系统设计的方法与技术，由浅入深地介绍Verilog工程开发的知识与技能。本书的特点是：着眼于实用，紧密联系教学实际，实例丰富。全书深入浅出，概念清晰，语言流畅。王金明，南京解放军理工大学通信学院教授，长期从事数字系数设计、电子电路设计方面课程的教学与科研工作。第1章  EDA技术概述 1
1．1  EDA技术及其发展 1
1．2  Top-down设计与IP核复用 4
1．2．1  Top-down设计 4
1．2．2  Bottom-up设计 5
1．2．3  IP复用技术与SoC 5
1．3  数字设计的流程 7
1．3．1  设计输入 7
1．3．2  综合 9
1．3．3  布局布线 9
1．3．4  仿真 10
1．3．5  编程配置 10
1．4  常用的EDA软件工具 10
1．5  EDA技术的发展趋势 14
习题1 15
第2章  FPGA/CPLD器件 16
2．1  PLD器件概述 16
2．1．1  PLD器件的发展历程 16
2．1．2  PLD器件的分类 17
2．2  PLD的基本原理与结构 19
2．2．1  PLD器件的基本结构 19
2．2．2  PLD电路的表示方法 20
2．3  低密度PLD的原理与结构 21
2．4  CPLD的原理与结构 26
2．4．1  宏单元结构 26
2．4．2  典型CPLD的结构 27
2．5  FPGA的原理与结构 30
2．5．1  查找表结构 30
2．5．2  典型FPGA的结构 32
2．5．3  Cyclone IV器件结构 35
2．6  FPGA/CPLD的编程元件 38
2．7  边界扫描测试技术 42
2．8  FPGA/CPLD的编程与配置 44
2．8．1  在系统可编程 44
2．8．2  FPGA器件的配置 45
2．8．3  Cyclone IV器件的编程 46
2．9  FPGA/CPLD器件概述 49
2．10  FPGA/CPLD的发展趋势 52
习题2 53
第3章  Quartus Prime使用指南 54
3．1  Quartus Prime原理图设计 55
3．1．1  半加器原理图设计输入 55
3．1．2  1位全加器设计输入 60
3．1．3  1位全加器的编译 61
3．1．4  1位全加器的仿真 63
3．1．5  1位全加器的下载 67
3．2  基于IP核的设计 71
3．2．1  模24方向可控计数器 71
3．2．2  4×4无符号数乘法器 78
3．3  SignalTap II的使用方法 84
3．4  Quartus Prime的优化设置与时序分析 88
习题3 93
实验与设计 95
3-1  简易数字钟 95
3-2  m序列发生器 97
3-3  8位带符号乘法器 97
3-4  用常量模块实现补码转换幅度码电路 101
第4章  Verilog设计初步 102
4．1  Verilog简介 102
4．2  Verilog模块的结构 103
4．3  Verilog基本组合电路设计 107
4．3．1  用Verilog设计基本组合电路 107
4．3．2  用Verilog设计加法器 107
4．4  Verilog基本时序电路设计 110
4．4．1  用Verilog设计触发器 110
4．4．2  用Verilog设计计数器 111
习题4 113
实验与设计 113
4-1  Synplify Pro综合器的使用方法 113
4-2  Synplify综合器的使用方法 117

第5章  Verilog语法与要素 119
5．1  Verilog语言要素 119
5．2  常量 120
5．2．1  整数（Integer） 120
5．2．2  实数（Real） 122
5．2．3  字符串（Strings） 122
5．3  数据类型 123
5．3．1  net型 123
5．3．2  variable型 124
5．4  参数 126
5．5  向量 128
5．6  运算符 130
习题5 134
实验与设计 135
5-1  用altpll锁相环宏模块实现倍频和分频 135
第6章  Verilog行为语句 140
6．1  过程语句 140
6．1．1  always过程语句 141
6．1．2  initial过程语句 144
6．2  块语句 145
6．2．1  串行块begin-end 145
6．2．2  并行块fork-join 146
6．3  赋值语句 147
6．3．1  持续赋值与过程赋值 147
6．3．2  阻塞赋值与非阻塞赋值 148
6．4  条件语句 149
6．4．1  if-else语句 150
6．4．2  case语句 151
6．5  循环语句 155
6．5．1  for语句 156
6．5．2  repeat、while、forever语句 157
6．6  编译指示语句 159
6．7  任务与函数 160
6．7．1  任务（task） 160
6．7．2  函数（function） 162
6．8  顺序执行与并发执行 166
习题6 167
实验与设计 167
6-1  4×4矩阵键盘检测电路 167
第7章  Verilog设计的层次与风格 170
7．1  Verilog设计的层次 170
7．2  门级结构描述 170
7．2．1  Verilog HDL内置门元件 171
7．2．2  门级结构描述 173
7．3  行为描述 174
7．4  数据流描述 175
7．5  不同描述风格的设计 176
7．5．1  半加器设计 176
7．5．2  1位全加器设计 177
7．5．3  4位加法器设计 179
7．6  多层次结构电路的设计 179
7．7  基本组合电路设计 182
7．7．1  门电路 182
7．7．2  编译码器 182
7．7．3  其他组合电路 184
7．8  基本时序电路设计 185
7．8．1  触发器 185
7．8．2  锁存器与寄存器 185
7．8．3  计数器与串并转换器 187
7．8．4  简易微处理器 188
7．9  三态逻辑设计 190
习题7 192
实验与设计 192
7-1  数字表决器 192
7-2  FIFO缓存器设计 195
第8章  Verilog有限状态机设计 199
8．1  有限状态机 199
8．2  有限状态机的Verilog描述 201
8．2．1  用三个过程描述 202
8．2．2  用两个过程描述 203
8．2．3  单过程描述方式 205
8．3  状态编码 207
8．3．1  常用的编码方式 207
8．3．2  状态编码的定义 211
8．4  有限状态机设计要点 213
8．4．1  复位和起始状态的选择 213
8．4．2  多余状态的处理 213
习题8 215
实验与设计 215
8-1  流水灯控制器 215
8-2  汽车尾灯控制器 217
8-3  状态机A/D采样控制电路 218
8-4  用状态机实现字符液晶显示控制 219
第9章  Verilog设计进阶 226
9．1  加法器设计 226
9．1．1  级连加法器 226
9．1．2  数据流描述的加法器 227
9．1．3  超前进位加法器 228
9．1．4  流水线加法器 229
9．2  乘法器设计 230
9．2．1  并行乘法器 230
9．2．2  移位相加乘法器 232
9．2．3  布斯乘法器 234
9．2．4  查找表乘法器 237
9．3  奇数分频与小数分频 237
9．3．1  奇数分频 237
9．3．2  半整数分频与小数分频 239
9．4  VGA图像的显示与控制 241
9．4．1  VGA图像显示原理与时序 241
9．4．2  VGA图像显示与控制的实现 244
9．5  点阵式液晶显示控制 250
9．6  乐曲演奏电路 255
习题9 260
实验与设计 262
9-1  数字跑表 262
9-2  实用多功能数字钟 269
第10章  Verilog设计的优化 278
10．1  设计的可综合性 278
10．2  流水线设计技术 280
10．3  资源共享 284
10．4  过程 286
10．5  阻塞赋值与非阻塞赋值 288
习题10 292
实验与设计 292
10-1  小数分频 292
10-2  如何在FPGA设计中消除毛刺 294
10-3  消抖动电路 297
第11章  Verilog Test Bench与仿真 298
11．1  系统任务与系统函数 298
11．2  用户自定义元件 302
11．2．1  组合电路UDP元件 303
11．2．2  时序逻辑UDP元件 304
11．3  延时模型的表示 306
11．3．1  时间标尺定义`timescale 306
11．3．2  延时的表示与延时说明块 307
11．4  Test Bench测试平台 308
11．5  组合和时序电路的仿真 310
11．5．1  组合电路的仿真 310
11．5．2  时序电路的仿真 312
习题11 313
实验与设计 314
11-1  用ModelSim SE仿真8位二进制加法器 314
11-2  用ModelSim SE仿真乘累加器 322
第12章  Verilog语言的发展 324
12．1  Verilog―2001语法结构 324
12．1．1  语法结构的扩展与增强 324
12．1．2  设计管理 330
12．1．3  系统任务和系统函数的扩展 332
12．1．4  VCD文件的扩展 335
12．2  Verilog―2002语法结构 336
12．2．1  硬件单元建模 337
12．2．2  属性 340
12．2．3  编程语言接口 344
习题12 345
第13章  通信与信号处理设计实例 346
13．1  m序列发生器 346
13．1．1  m序列的原理与性质 346
13．1．2  m序列产生器设计 348
13．2  Gold码 350
13．2．1  Gold码的原理与性质 350
13．2．2  Gold码产生器设计 351
13．3  CRC校验码 353
13．4  FSK解调 355
13．5  数字过零检测与等精度频率测量 358
13．5．1  数字过零检测法 358
13．5．2  等精度频率测量 359
13．6  QPSK调制器的FPGA实现 362
13．7  FIR数字滤波器 365
习题13 369
实验与设计 369
13-1  信号音产生器 369
13-2  异步串行接口（UART） 376
附录A  Verilog HDL（IEEE Std 1364―1995）关键字 382
附录B  Verilog HDL（IEEE Std 1364―2001）关键字 383
附录C  DE2―115介绍 384
附录D  有关术语与缩略语 386
参考文献 391
内容简介:
本书根据EDA课程教学要求，以提高数字设计能力为目的，系统阐述FPGA数字系统开发的相关知识，主要内容包括EDA技术概述、FPGA/CPLD器件、Verilog硬件描述语言等。全书以Quartus Prime、Synplify Pro软件为平台，以Verilog―1995和Verilog―2001语言标准为依据，以可综合的设计为重点，通过大量经过验证的数字设计实例，阐述数字系统设计的方法与技术，由浅入深地介绍Verilog工程开发的知识与技能。本书的特点是：着眼于实用，紧密联系教学实际，实例丰富。全书深入浅出，概念清晰，语言流畅。
作者简介:
王金明，南京解放军理工大学通信学院教授，长期从事数字系数设计、电子电路设计方面课程的教学与科研工作。
目录:
第1章  EDA技术概述 1
1．1  EDA技术及其发展 1
1．2  Top-down设计与IP核复用 4
1．2．1  Top-down设计 4
1．2．2  Bottom-up设计 5
1．2．3  IP复用技术与SoC 5
1．3  数字设计的流程 7
1．3．1  设计输入 7
1．3．2  综合 9
1．3．3  布局布线 9
1．3．4  仿真 10
1．3．5  编程配置 10
1．4  常用的EDA软件工具 10
1．5  EDA技术的发展趋势 14
习题1 15
第2章  FPGA/CPLD器件 16
2．1  PLD器件概述 16
2．1．1  PLD器件的发展历程 16
2．1．2  PLD器件的分类 17
2．2  PLD的基本原理与结构 19
2．2．1  PLD器件的基本结构 19
2．2．2  PLD电路的表示方法 20
2．3  低密度PLD的原理与结构 21
2．4  CPLD的原理与结构 26
2．4．1  宏单元结构 26
2．4．2  典型CPLD的结构 27
2．5  FPGA的原理与结构 30
2．5．1  查找表结构 30
2．5．2  典型FPGA的结构 32
2．5．3  Cyclone IV器件结构 35
2．6  FPGA/CPLD的编程元件 38
2．7  边界扫描测试技术 42
2．8  FPGA/CPLD的编程与配置 44
2．8．1  在系统可编程 44
2．8．2  FPGA器件的配置 45
2．8．3  Cyclone IV器件的编程 46
2．9  FPGA/CPLD器件概述 49
2．10  FPGA/CPLD的发展趋势 52
习题2 53
第3章  Quartus Prime使用指南 54
3．1  Quartus Prime原理图设计 55
3．1．1  半加器原理图设计输入 55
3．1．2  1位全加器设计输入 60
3．1．3  1位全加器的编译 61
3．1．4  1位全加器的仿真 63
3．1．5  1位全加器的下载 67
3．2  基于IP核的设计 71
3．2．1  模24方向可控计数器 71
3．2．2  4×4无符号数乘法器 78
3．3  SignalTap II的使用方法 84
3．4  Quartus Prime的优化设置与时序分析 88
习题3 93
实验与设计 95
3-1  简易数字钟 95
3-2  m序列发生器 97
3-3  8位带符号乘法器 97
3-4  用常量模块实现补码转换幅度码电路 101
第4章  Verilog设计初步 102
4．1  Verilog简介 102
4．2  Verilog模块的结构 103
4．3  Verilog基本组合电路设计 107
4．3．1  用Verilog设计基本组合电路 107
4．3．2  用Verilog设计加法器 107
4．4  Verilog基本时序电路设计 110
4．4．1  用Verilog设计触发器 110
4．4．2  用Verilog设计计数器 111
习题4 113
实验与设计 113
4-1  Synplify Pro综合器的使用方法 113
4-2  Synplify综合器的使用方法 117

第5章  Verilog语法与要素 119
5．1  Verilog语言要素 119
5．2  常量 120
5．2．1  整数（Integer） 120
5．2．2  实数（Real） 122
5．2．3  字符串（Strings） 122
5．3  数据类型 123
5．3．1  net型 123
5．3．2  variable型 124
5．4  参数 126
5．5  向量 128
5．6  运算符 130
习题5 134
实验与设计 135
5-1  用altpll锁相环宏模块实现倍频和分频 135
第6章  Verilog行为语句 140
6．1  过程语句 140
6．1．1  always过程语句 141
6．1．2  initial过程语句 144
6．2  块语句 145
6．2．1  串行块begin-end 145
6．2．2  并行块fork-join 146
6．3  赋值语句 147
6．3．1  持续赋值与过程赋值 147
6．3．2  阻塞赋值与非阻塞赋值 148
6．4  条件语句 149
6．4．1  if-else语句 150
6．4．2  case语句 151
6．5  循环语句 155
6．5．1  for语句 156
6．5．2  repeat、while、forever语句 157
6．6  编译指示语句 159
6．7  任务与函数 160
6．7．1  任务（task） 160
6．7．2  函数（function） 162
6．8  顺序执行与并发执行 166
习题6 167
实验与设计 167
6-1  4×4矩阵键盘检测电路 167
第7章  Verilog设计的层次与风格 170
7．1  Verilog设计的层次 170
7．2  门级结构描述 170
7．2．1  Verilog HDL内置门元件 171
7．2．2  门级结构描述 173
7．3  行为描述 174
7．4  数据流描述 175
7．5  不同描述风格的设计 176
7．5．1  半加器设计 176
7．5．2  1位全加器设计 177
7．5．3  4位加法器设计 179
7．6  多层次结构电路的设计 179
7．7  基本组合电路设计 182
7．7．1  门电路 182
7．7．2  编译码器 182
7．7．3  其他组合电路 184
7．8  基本时序电路设计 185
7．8．1  触发器 185
7．8．2  锁存器与寄存器 185
7．8．3  计数器与串并转换器 187
7．8．4  简易微处理器 188
7．9  三态逻辑设计 190
习题7 192
实验与设计 192
7-1  数字表决器 192
7-2  FIFO缓存器设计 195
第8章  Verilog有限状态机设计 199
8．1  有限状态机 199
8．2  有限状态机的Verilog描述 201
8．2．1  用三个过程描述 202
8．2．2  用两个过程描述 203
8．2．3  单过程描述方式 205
8．3  状态编码 207
8．3．1  常用的编码方式 207
8．3．2  状态编码的定义 211
8．4  有限状态机设计要点 213
8．4．1  复位和起始状态的选择 213
8．4．2  多余状态的处理 213
习题8 215
实验与设计 215
8-1  流水灯控制器 215
8-2  汽车尾灯控制器 217
8-3  状态机A/D采样控制电路 218
8-4  用状态机实现字符液晶显示控制 219
第9章  Verilog设计进阶 226
9．1  加法器设计 226
9．1．1  级连加法器 226
9．1．2  数据流描述的加法器 227
9．1．3  超前进位加法器 228
9．1．4  流水线加法器 229
9．2  乘法器设计 230
9．2．1  并行乘法器 230
9．2．2  移位相加乘法器 232
9．2．3  布斯乘法器 234
9．2．4  查找表乘法器 237
9．3  奇数分频与小数分频 237
9．3．1  奇数分频 237
9．3．2  半整数分频与小数分频 239
9．4  VGA图像的显示与控制 241
9．4．1  VGA图像显示原理与时序 241
9．4．2  VGA图像显示与控制的实现 244
9．5  点阵式液晶显示控制 250
9．6  乐曲演奏电路 255
习题9 260
实验与设计 262
9-1  数字跑表 262
9-2  实用多功能数字钟 269
第10章  Verilog设计的优化 278
10．1  设计的可综合性 278
10．2  流水线设计技术 280
10．3  资源共享 284
10．4  过程 286
10．5  阻塞赋值与非阻塞赋值 288
习题10 292
实验与设计 292
10-1  小数分频 292
10-2  如何在FPGA设计中消除毛刺 294
10-3  消抖动电路 297
第11章  Verilog Test Bench与仿真 298
11．1  系统任务与系统函数 298
11．2  用户自定义元件 302
11．2．1  组合电路UDP元件 303
11．2．2  时序逻辑UDP元件 304
11．3  延时模型的表示 306
11．3．1  时间标尺定义`timescale 306
11．3．2  延时的表示与延时说明块 307
11．4  Test Bench测试平台 308
11．5  组合和时序电路的仿真 310
11．5．1  组合电路的仿真 310
11．5．2  时序电路的仿真 312
习题11 313
实验与设计 314
11-1  用ModelSim SE仿真8位二进制加法器 314
11-2  用ModelSim SE仿真乘累加器 322
第12章  Verilog语言的发展 324
12．1  Verilog―2001语法结构 324
12．1．1  语法结构的扩展与增强 324
12．1．2  设计管理 330
12．1．3  系统任务和系统函数的扩展 332
12．1．4  VCD文件的扩展 335
12．2  Verilog―2002语法结构 336
12．2．1  硬件单元建模 337
12．2．2  属性 340
12．2．3  编程语言接口 344
习题12 345
第13章  通信与信号处理设计实例 346
13．1  m序列发生器 346
13．1．1  m序列的原理与性质 346
13．1．2  m序列产生器设计 348
13．2  Gold码 350
13．2．1  Gold码的原理与性质 350
13．2．2  Gold码产生器设计 351
13．3  CRC校验码 353
13．4  FSK解调 355
13．5  数字过零检测与等精度频率测量 358
13．5．1  数字过零检测法 358
13．5．2  等精度频率测量 359
13．6  QPSK调制器的FPGA实现 362
13．7  FIR数字滤波器 365
习题13 369
实验与设计 369
13-1  信号音产生器 369
13-2  异步串行接口（UART） 376
附录A  Verilog HDL（IEEE Std 1364―1995）关键字 382
附录B  Verilog HDL（IEEE Std 1364―2001）关键字 383
附录C  DE2―115介绍 384
附录D  有关术语与缩略语 386
参考文献 391

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数字系统设计与Verilog HDL（第6版）

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