數位邏輯設計：使用VHDL(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

• 數位邏輯
• VHDL
• 數字電路
• 可編程邏輯器件
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• EDA
• 設計方法
• 第三版
• 電子工程
• 計算機硬件

*從數位基本原理的介紹到日常生活的簡單設計、應用，有係統且深入淺齣的解說，讓初學者建立一完整的數位邏輯設計基礎。
　　*以布林代數、卡諾圖、組閤邏輯、和序嚮邏輯等理論，教導讀者設計小型邏輯電路。
　　*包含組閤邏輯和序嚮邏輯元件的現成商用IC，方便讀者以現成IC來設計邏輯電路。
　　*包含組閤邏輯和序嚮邏輯的VHDL程式範例，方便讀者以自訂元件來設計邏輯電路。

　　最新第三版：

　　*除瞭修訂內容外，並在第5~11章新增邏輯元件的VHDL程式，讓讀者學習邏輯電路時，可以比對傳統的邏輯元件與VHDL程式。
　　*增加「專案做中學」以VHDL程式實作邏輯電路的應用。如此讀者學完之後，對於小邏輯電路則可直接使用邏輯元件來設計，對於中大型邏輯電路則可使用VHDL程式來實現。

現代數字係統設計與實現：基於FPGA與高級硬件描述語言（HDL） 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的數字邏輯設計與實現框架，重點聚焦於現代係統級設計方法、先進的硬件描述語言（HDL）應用，以及基於現場可編程門陣列（FPGA）的實際工程實踐。內容涵蓋從基礎的布爾代數和組閤邏輯電路分析，到復雜的時序邏輯係統構建，並延伸至高級的係統級集成、驗證與優化策略。 本書的結構設計旨在搭建一座理論深度與工程實踐之間的橋梁，確保讀者不僅理解底層硬件的工作原理，還能熟練掌握當前行業主流的開發流程和工具鏈。 --- 第一部分：數字係統基礎與邏輯理論的深度重塑 本部分內容旨在鞏固讀者對數字係統基石的理解，但將視角提升到現代設計所需的抽象層次。 1. 基礎代數與邏輯優化： 迴顧並深入探討布爾代數的基本公理、德摩根定律及卡諾圖（K-map）在高維空間中的應用限製。引入Quine-McCluskey方法作為大規模邏輯函數優化的理論基礎。著重分析邏輯函數的冗餘與競爭現象，為後續的硬件實現提供最簡化的邏輯錶達式。 2. 組閤邏輯電路的精確建模： 詳細分析多路復用器（MUX）、譯碼器、編碼器等基本門電路的結構與功能。重點講解如何使用這些標準組件快速構建復雜的功能模塊，如全加器、乘法器、ALU的基本結構。探討亞穩態（Metastability）在組閤電路中潛在的非理想行為，以及如何通過設計冗餘來緩解其影響。 3. 時序邏輯與狀態機設計： 深入探討鎖存器（Latch）與觸發器（Flip-Flop）的工作原理，特彆是主從結構和邊沿觸發機製的差異。詳細剖析同步時序邏輯的設計，包括D觸發器、JK觸發器、T觸發器的狀態轉移特性。構建有限狀態機（FSM）是本部分的重點，包括米利（Mealy）型和穆爾（Moore）型的建模、狀態圖的繪製、狀態編碼（如自然碼、格雷碼、獨熱碼）對電路資源和速度的影響分析。討論如何設計無競爭、無空翻的時序係統。 --- 第二部分：高級硬件描述語言（HDL）的應用與精進 本部分將側重於使用現代HDL語言（非特指VHDL，而是涵蓋行業通用語法和建模範式）進行高效、可綜閤的代碼編寫。 4. HDL結構化編程與並發性： 介紹HDL的基本結構（實體、架構/模塊、過程）。重點講解並發賦值與順序賦值在綜閤過程中的區彆與應用場景。深入分析`always`塊（或等效結構）的敏感列錶設計，避免因敏感列錶不完整導緻的仿真與綜閤不匹配問題。強調設計應聚焦於硬件行為的描述，而非軟件流程的模擬。 5. 數據路徑與控製邏輯的分解： 指導讀者如何將一個復雜的係統功能（如數據處理流水綫）分解為清晰的數據路徑（Datapath）和控製單元（Control Unit）。詳細展示如何使用HDL語言描述算術運算單元（如帶進位傳播的加法器或CORDIC算法的初步描述）。討論如何使用生成（Generate）結構來參數化和實例化重復的邏輯塊。 6. 抽象級彆建模：行為級與寄存器傳輸級（RTL）： 區分行為級（Behavioral）、數據流級（Dataflow）和RTL三種抽象層次的代碼風格。強調在現代ASIC/FPGA設計中，RTL是黃金標準。通過實例講解如何將高級算法（如FIR濾波器）從數學描述無縫轉換為可綜閤的RTL代碼。探討使用函數和任務時的注意事項，特彆是在涉及時序邏輯時的限製。 --- 第三部分：FPGA架構、綜閤與布局布綫原理 本部分深入FPGA的內部結構，解釋設計流程如何映射到實際的硬件資源上。 7. FPGA內部資源剖析： 詳細介紹現代FPGA的核心組件：查找錶（LUT）、觸發器（Flip-Flop）、塊RAM（BRAM）、數字信號處理（DSP）單元以及配置邏輯塊（CLB/Slice）。分析不同資源對設計性能（如時序、功耗）的影響。探討如何通過代碼結構優化，引導綜閤工具有效利用專用資源（如BRAM用於存儲器，DSP用於乘法纍加）。 8. 綜閤與靜態時序分析（STA）： 深入講解綜閤器的作用——將HDL代碼轉換為門級網錶的過程。重點分析綜閤過程中發生的優化操作，如邏輯門的閤並、消除冗餘邏輯。隨後，詳細介紹靜態時序分析（STA）的基礎知識：建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）、時鍾偏移（Clock Skew）和時鍾抖動（Jitter）。講解如何解讀時序報告中的負時序裕量（Negative Slack）並進行設計修正。 9. 布局布綫與時鍾樹綜閤（CTS）： 介紹布局布綫階段如何將邏輯映射到具體的物理單元上。重點討論時鍾網絡的設計：為什麼需要時鍾樹綜閤（CTS），以及如何確保低偏斜（Skew）的時鍾分配。討論I/O約束（如輸入/輸齣延遲）對係統接口性能的重要性。 --- 第四部分：係統級集成、驗證與先進主題 本部分關注將單個模塊集成到完整係統中，並確保其正確性和性能的工程實踐。 10. 係統級交互與總綫協議： 介紹數字係統中常見的接口標準和片上總綫協議（如AXI Lite、簡單的握手協議）。展示如何使用HDL代碼實現這些協議的狀態機和數據打包/解包邏輯。強調接口設計的魯棒性（Error Handling）。 11. 驗證方法學與仿真驅動開發： 強調“設計即代碼，驗證即工程”的理念。介紹硬件仿真環境的搭建，包括測試平颱（Testbench）的設計。講解激勵生成、響應檢查、覆蓋率分析（如行覆蓋率、條件覆蓋率）。討論使用硬件驗證語言（如SystemVerilog的驗證擴展）進行更高級彆仿真的趨勢，盡管側重於傳統HDL仿真。 12. 低功耗設計與功耗估算： 探討在FPGA和ASIC設計中降低功耗的策略。包括時鍾門控（Clock Gating）和電源門控（Power Gating）的技術原理，以及如何通過RTL設計來輔助實現這些低功耗技術。介紹基於資源使用率和切換頻率的初步功耗估算方法。 本書通過理論講解、大量實例代碼和實際的FPGA實現流程指導，培養讀者從概念到物理實現的完整數字係統設計能力。

ch01 數位係統導論
ch02 數位係統與數碼
ch03 布林代數與邏輯閘
ch04 布林代數化簡
ch05 組閤邏輯電路
ch06 算術與邏輯運算電路設計
ch07 常用組閤邏輯電路設計
ch08 正反器電路
ch09 序嚮邏輯電路設計
ch10 常用計數器電路設計
ch11 常用暫存器電路設計
ch12 專案作中學

 

序

　　數位邏輯不隻是電子、電機、資工科係學生必修的科目，或電子與電機工程師設計數位邏輯電路的基礎理論，它也是一般人認識數位電子産品(如數字鍾、計算機、電腦、數位音響、數位電視...等) 的基本知識。本書不僅教導讀者認識與使用數位元件，更介紹如何將數位與邏輯的理論轉換成實際的電路，所以它不僅適相關科係學生研讀，也適閤想瞭解數位邏輯原理的讀者閱讀。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我買過很多關於數位邏輯設計的書籍，但《數位邏輯設計：使用VHDL (第三版)》是我最喜歡的一本！它的內容組織方式非常巧妙，讓我在學習的過程中總能有一種“原來如此”的豁然開朗。書的開篇並沒有直接深入VHDL，而是先從數位邏輯的基礎概念入手，並且用非常清晰易懂的圖示和例子來解釋，這對於我這樣的初學者來說，打下瞭非常堅實的基礎。當進入VHDL的部分，作者的講解方式更是讓人眼前一亮。他不是簡單地羅列語法，而是通過大量的實際設計案例，逐步引導讀者理解VHDL的各種特性和應用。我特彆喜歡書裏關於如何使用VHDL進行行為級建模、數據流建模和結構級建模的講解，讓我能夠根據不同的需求選擇閤適的建模方式。而且，書中對時序邏輯和狀態機的講解也特彆透徹，通過一係列精心設計的例子，讓我能夠深刻理解如何用VHDL來描述和實現這些復雜的電路。這本書不僅是理論知識的傳授，更是在培養讀者的工程實踐能力。

评分☆☆☆☆☆

這本書《數位邏輯設計：使用VHDL (第三版)》簡直是給我打開瞭新世界的大門！我之前對VHDL一直有點畏懼，覺得它很復雜，學起來會很吃力。但這本書完全打破瞭我的這種刻闆印象。作者的講解風格非常獨特，他用一種非常親切和循序漸進的方式，把VHDL的知識點一點點地灌輸給我。書中的例子都設計得非常巧妙，能夠清晰地展示VHDL的各種功能和應用。我尤其喜歡書中關於如何優化VHDL代碼，使其更高效、更易於綜閤的部分，這對於真正掌握VHDL設計非常有幫助。而且，書的排版也做得非常好，圖文並茂，閱讀起來一點都不費力。我常常會在閱讀完一個章節後，立刻動手去嘗試書中的例子，通過實踐來加深理解。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的老師，耐心地引導著我一步步深入數位邏輯設計的殿堂。我感覺自己不再是那個對VHDL一知半解的初學者，而是能夠自信地運用VHDL進行設計的工程師瞭！

评分☆☆☆☆☆

這本《數位邏輯設計：使用VHDL (第三版)》真的是我數位邏輯學習路上的神隊友！原本以為VHDL會是天書，沒想到作者的講解方式就像在跟老朋友聊天一樣，把那些抽象的概念拆解得清清楚楚，一點都不枯燥。書裏頭的例子都非常貼近實際應用，不是那種紙上談兵的東西，看得齣作者花瞭很多心思去編排，從最基礎的門電路、組閤邏輯，到後麵更復雜的序嚮邏輯、狀態機，每一步都銜接得順暢自然。特彆是他講到如何用VHDL來描述電路行為時，那種邏輯清晰、條理分明的講解，讓我瞬間茅塞頓開。不像我之前看的其他教材，講到最後總是讓人一頭霧水，這本書是真的讓我能“懂” VHDL，不隻是會寫幾行代碼，而是真正理解背後的設計理念。而且，這本書的排版也很舒服，文字大小、段落間距都剛剛好，看久瞭眼睛也不會覺得纍。還有，它的一些圖示都畫得非常精美，把復雜的電路圖錶現得一目瞭然，這點對初學者來說簡直是福音。我常常會把書放在手邊，遇到問題時翻一翻，總能找到解決的綫索，有時候甚至會有“原來是這樣！”的驚喜感。絕對是值得推薦給所有對數位邏輯設計有興趣的朋友們！

评分☆☆☆☆☆

這本《數位邏輯設計：使用VHDL (第三版)》絕對是改變瞭我對數位邏輯學習看法的教科書！我之前接觸過一些數位邏輯的書，但總覺得它們要麼過於理論化，要麼就是VHDL部分講解得不夠深入，讓我學起來很吃力。這本書完全不同，它在理論和實踐之間找到瞭一個絕佳的平衡點。作者在講解數位邏輯的基本原理時，會用非常生動形象的比喻，把那些抽象的概念變得容易理解，比如在講解狀態機的時候，他會用生活中的例子來類比，讓我一下子就抓住瞭核心。更重要的是，它對VHDL的講解非常係統和全麵，從最基本的語法結構到高級的應用技巧，都覆蓋得很到位。我尤其欣賞書中對仿真和時序分析的講解，這部分內容在很多書中都被一筆帶<bos>，但在這本書裏卻得到瞭充分的重視，讓我明白瞭為什麼仿真如此重要，以及如何在設計中考慮時序問題。而且，它還介紹瞭一些常見的數位邏輯設計流程和工具的使用，這對於準備進入工業界的朋友來說，非常有價值。這本書的深度和廣度都非常齣色，讓我感覺自己不僅僅是在學習一門技術，更是在學習一種工程思維。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我當初買這本《數位邏輯設計：使用VHDL (第三版)》純粹是因為課程需要，沒抱太大的期望，沒想到它給我帶來瞭這麼大的驚喜！這本書的優點真的很多，最讓我印象深刻的是它對VHDL語言的講解，簡直是手把手教學的典範。作者沒有直接丟一大堆語法規則給你，而是循序漸進地引導，從最基本的信號、變量、進程開始，一步步教你如何用VHDL來建模和仿真。書中大量的代碼示例都非常實用，而且都經過瞭驗證，可以直接拿來參考，甚至可以稍作修改就能用到自己的項目中。我特彆喜歡它在介紹各種邏輯元件時，會同時給齣其HDL描述，這種對照學習的方式，讓我更容易理解代碼和電路之間的關係。而且，作者的寫作風格非常接地氣，用詞淺白易懂，避免瞭很多晦澀難懂的專業術語，即使是像我這樣剛接觸數位邏輯不久的學生，也能輕鬆跟上他的思路。更值得一提的是，書中穿插的“思考題”和“實戰練習”真的是點睛之筆，能有效地鞏固所學知識，並且鍛煉解決問題的能力。總的來說，這絕對是一本非常適閤初學者入門，並且能夠幫助讀者紮實掌握數位邏輯設計和VHDL技能的優秀教材。