VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:401

译者:

出版时间:2009-8

价格:39.00元

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isbn号码:9787560623047

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• 大学教材
• VHDL
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• 数字逻辑电路
• FPGA
• Verilog
• 数字系统设计
• 可编程逻辑器件
• 电子工程
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• 电路设计

《逻辑的艺术：从基础到进阶的数字系统构建》 一、 深入探索数字世界的基石 在信息技术飞速发展的今天，几乎所有现代电子设备的核心都离不开数字逻辑电路。它们是微处理器、图形处理器、内存控制器以及无数其他复杂系统的“大脑”。本书《逻辑的艺术：从基础到进阶的数字系统构建》旨在为读者构建一个扎实而全面的数字逻辑设计知识体系。我们不仅仅停留在理论的阐述，更注重将抽象的概念转化为具体的电路实现，引导读者理解数字电路是如何在物理世界中工作的。 本书的开篇，我们将从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）及其真值表入手，深入剖析它们的工作原理和逻辑功能。随后，我们将逐步引入组合逻辑电路的概念，包括半加器、全加器、编码器、解码器、多路选择器和多路分配器等。这些基本构建块是设计更复杂逻辑功能的基础。我们将详细讲解这些电路的设计方法，分析其性能特点，并提供多种实现方式的比较。读者将学习如何使用布尔代数来化简逻辑表达式，从而优化电路设计，减少元器件数量和功耗。 二、 时序逻辑的奥秘与实践 数字系统并非总是静态的。随着时钟信号的引入，时序逻辑电路的概念便应运而生。本书将系统性地讲解触发器（Flip-Flops）的基本类型，如SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，以及它们在存储信息中的关键作用。我们将详细阐述触发器的状态转换、时钟触发机制以及建立时间和保持时间等重要参数。 在此基础上，本书将深入探讨寄存器（Registers）和计数器（Counters）的设计与应用。寄存器作为存储单元，是构建状态机和数据通路的重要组成部分；而计数器，无论是同步计数器还是异步计数器，在定时、分频、地址生成等方面都扮演着不可或缺的角色。我们将通过丰富的实例，演示如何设计各种功能的寄存器，例如移位寄存器，以及不同模数的计数器。 移位寄存器在串行数据传输、移位操作等方面具有广泛应用。本书将详细介绍串行输入/串行输出（SISO）、串行输入/并行输出（SIPO）、并行输入/串行输出（PISO）和并行输入/并行输出（PIPO）四种基本类型的移位寄存器，并讲解它们的设计原理和时序特性。 计数器的设计是时序逻辑设计的另一重要环节。我们将从最简单的二进制计数器开始，逐步过渡到设计任意模数的计数器，包括BCD计数器。我们将分析不同计数器设计的优缺点，并讨论如何通过级联或附加逻辑来实现更复杂的计数功能。 三、 有限状态机的理论与设计 有限状态机（Finite State Machine, FSM）是描述和设计同步数字系统的强大工具。本书将系统地介绍两种主流的FSM模型：摩尔（Mealy）模型和米勒（Moore）模型。我们将深入分析这两种模型的区别与联系，以及它们在实际设计中的适用场景。 本书将详细讲解FSM的设计流程，包括状态图（State Diagram）、状态表（State Table）的绘制，以及状态编码（State Encoding）的优化方法。我们将重点讨论如何通过不同的状态编码方式（如二进制编码、格雷码编码、独热码编码等）来影响电路的复杂度和性能。 通过大量的实例，读者将学习如何设计各种实际应用中的FSM，例如交通灯控制器、串行数据检测器、序列发生器等。我们将引导读者一步步完成从需求分析到最终电路实现的整个设计过程，培养解决复杂数字逻辑问题的能力。 四、 逻辑综合与验证 在数字逻辑设计的实践中，仅仅掌握理论知识是不足够的。本书将引入逻辑综合（Logic Synthesis）和仿真验证（Simulation Verification）的概念，帮助读者理解如何将抽象的逻辑设计转化为可实现的硬件电路，并确保设计的正确性。 我们将介绍逻辑综合的基本原理，以及如何在EDA（Electronic Design Automation）工具中使用综合工具。读者将了解综合工具如何根据设计的逻辑描述，自动优化电路，生成网表（Netlist），并选择合适的工艺库（Technology Library）中的标准单元（Standard Cells）来实现设计。 仿真验证是数字设计中不可或缺的一环。本书将详细介绍仿真验证的重要性，以及常用的仿真方法，如功能仿真（Functional Simulation）和时序仿真（Timing Simulation）。读者将学习如何编写测试平台（Testbench），生成激励向量（Stimulus Vectors），并在仿真器中验证设计的逻辑功能和时序性能。 五、 高级数字系统设计概念 为了满足现代复杂数字系统的需求，本书还将触及一些更高级的设计概念。我们将探讨数据通路（Datapath）和控制器（Controller）的设计，以及它们如何协同工作来执行复杂的计算任务。数据通路负责数据的存储和运算，而控制器则负责协调数据通路的操作，发出控制信号。 此外，本书还将介绍一些常用的数字集成电路（Integrated Circuits, ICs）的架构和工作原理，例如存储器（Memory）的类型（SRAM, DRAM, ROM等）及其接口设计，以及微处理器（Microprocessor）和数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）的基本构成和工作模式。 六、 实践导向的学习体验 本书的核心理念是通过实践来深化理解。在每一章节的讲解后，我们都精心设计了一系列具有挑战性和启发性的习题。这些习题覆盖了从基础概念的巩固到复杂系统设计的应用，旨在引导读者独立思考，解决实际问题。 此外，本书还包含多个贯穿全书的综合性项目案例。这些案例将带领读者从零开始，逐步设计并实现一个具有一定复杂度的数字系统。通过这些项目，读者将有机会将所学知识融会贯通，掌握从需求分析、逻辑设计、仿真验证到最终实现的全过程。 结语 《逻辑的艺术：从基础到进阶的数字系统构建》是一本为有志于掌握数字逻辑设计核心技术的读者量身打造的指南。无论您是计算机科学、电子工程专业的学生，还是希望深入了解数字系统工作原理的工程师，本书都将为您提供一条清晰的学习路径。我们相信，通过本书的学习，您将能够 confidently 地驾驭数字逻辑的强大力量，创造出属于您的数字世界。

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