数字系统设计与PLD应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:蒋璇，臧春华

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:2001-1

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787505361652

丛书系列:

图书标签:

• 数字系统设计
• PLD
• FPGA
• Verilog
• VHDL
• 数字逻辑
• 可编程逻辑器件
• 电子技术
• 计算机硬件
• 实践应用

深入探索现代电子工程的基石：经典数字逻辑与可编程器件的前沿应用 本书聚焦于构建现代计算和控制系统的核心技术——数字逻辑设计原理及其在可编程逻辑器件（PLD）平台上的高效实现。本书旨在为电子工程、计算机科学与自动化领域的学生和工程师提供一个全面、深入且实践导向的学习资源。 第一部分：数字系统的基础理论与构建模块 本书首先系统地回顾和深化了数字电子学的基本概念。我们从信息的基础表示——二进制系统、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR 等）的物理实现和布尔代数原理入手。重点讲解了如何运用德摩根定律、卡诺图（Karnaugh Map）和Quine-McCluskey方法进行逻辑函数的化简。这一过程不仅是理论推导，更是高效硬件设计的基石，决定了最终电路的成本、功耗和速度。 紧接着，本书深入探讨了构建复杂数字系统的基本单元：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑部分涵盖了数据选择器（Multiplexer）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）和加法器（Adder）的设计与分析。我们将详细解析全加器、串联加法器以及借位旁路传播加法器（Carry-Lookahead Adder）的工作原理，为实现高速算术逻辑单元（ALU）奠定基础。 时序逻辑部分是理解状态机设计的关键。本书详尽阐述了基本存储元件——锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，如SR, D, JK, T型）的特性、转换表和状态图。随后，我们将逻辑引向有限状态机（FSM）的设计。我们采用摩尔（Moore）和米利（Mealy）模型进行建模，并通过实际案例（如序列检测器、交通灯控制器）演示状态图的绘制、状态分配（如格雷码分配法）和电路的综合过程，强调同步设计中时钟约束的重要性。 第二部分：半导体存储器与数据通路 现代电子系统的数据处理能力极度依赖于高速存储。本部分专注于RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）的内部结构和外部接口。我们将剖析静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）单元的电路结构、读写时序和刷新机制。此外，还会讨论基于FLASH技术的存储器及其在嵌入式系统中的应用。 在数据通路方面，本书详细介绍了寄存器堆（Register File）的设计、多路并行数据传输的实现以及算术逻辑单元（ALU）的优化设计。我们不仅关注功能正确性，更注重数据在系统内部高效流转的架构设计，为后续微处理器或专用处理器（如DSP）的设计打下坚实基础。 第三部分：可编程逻辑器件（PLD）架构与硬件描述语言（HDL） 本阶段是本书的核心实践部分，将理论设计转化为实际可执行的硬件。我们系统地介绍了PLD家族的演变和核心结构： 1. 简单可编程逻辑器件（SPLD）： 如PAL（可编程阵列逻辑）和GAL（通用阵列逻辑）的熔丝结构和编程原理。 2. 复杂可编程逻辑器件（CPLD）： 重点分析其宏单元（Macrocell）、可编程逻辑阵列（PLA）和I/O块的互连机制，揭示其如何支持更复杂的逻辑组合。 更重要的是，本书将全面介绍硬件描述语言（HDL）——Verilog（或VHDL，根据实际内容侧重）。本书强调HDL不仅仅是编程语言，更是对硬件结构和时序行为的精确描述。我们将深入讲解结构化建模、数据流建模和行为建模的范式，并明确区分`reg`和`wire`的含义，以及`always`块中组合逻辑和时序逻辑的正确写法（例如，使用非阻塞赋值`<=`和阻塞赋值`=`的时机）。 第四部分：现场可编程门阵列（FPGA）的高级设计流程 FPGA作为当前实现数字系统的主要平台，其架构和设计流程需要深入理解。本书会剖析主流FPGA（如Xilinx或Altera/Intel系列）的基本单元：查找表（LUT）、触发器、块RAM（BRAM）以及高速I/O接口。 综合与实现流程： 我们将详细指导读者完成从HDL代码到比特流生成（Bitstream Generation）的完整流程，包括： 综合（Synthesis）： 如何将高级描述映射到目标器件的LUT结构。 布局布线（Place & Route）： 逻辑单元和互连资源的分配，以及由此产生的延迟分析。 时序分析（Timing Analysis）： 如何使用静态时序分析（STA）工具验证设计是否满足建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）要求，这是高性能设计中至关重要的一环。 高级设计主题将涵盖模块化设计、层次化结构的应用，以及如何利用FPGA内部资源（如DSP Slice, 专用乘法器）实现高性能的信号处理算法。本书的案例设计将严格遵循自顶向下和自底向上的设计方法论，确保读者不仅能“跑起来”设计，还能理解其背后的硬件映射和性能瓶颈。 总结： 本书通过理论讲解、例题分析和基于主流EDA工具的实践项目相结合的方式，确保读者能够系统地掌握从逻辑门到复杂可编程逻辑器件的整个数字系统设计链条。完成本书的学习后，读者将具备独立设计、仿真、综合和验证中等复杂度的数字硬件系统的能力。

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