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出版者:水利水电出版社

作者:邓胡滨

出品人:

页数:287

译者:

出版时间:2004-3

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787508402772

丛书系列:

图书标签:

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数字系统设计与硬件描述语言实践指南 书籍名称：数字系统设计与硬件描述语言实践指南 作者：[此处可自行设定作者名] 出版社：[此处可自行设定出版社名] ISBN：[此处可自行设定ISBN] --- 内容概述与目标读者 本书旨在为电子工程、计算机科学与技术、自动化等领域的学生、工程师及技术爱好者提供一套全面而深入的数字系统设计理论指导与实践操作教程。重点聚焦于现代集成电路设计流程中的核心环节——基于硬件描述语言（HDL）的系统建模、仿真、综合与实现。本书将从最基本的数字逻辑门和布尔代数出发，逐步深入到复杂的同步与异步状态机设计、总线结构、存储器接口以及高速数字系统的初步概念。 我们特别强调理论与实践的紧密结合。全书内容围绕业界主流的FPGA（现场可编程门阵列）开发平台，以Verilog HDL作为主要的硬件描述语言进行讲解和案例演示。读者不仅能掌握数字电路设计的方法论，更能熟练运用先进的EDA（电子设计自动化）工具链，将设计蓝图转化为实际可运行的硬件电路。 目标读者： 高等院校电子、通信、计算机相关专业的本科高年级学生及研究生。 从事嵌入式系统、ASIC/FPGA开发工作的初级至中级工程师。 希望系统学习现代数字设计流程的电子技术爱好者。 --- 第一部分：数字逻辑基础与硬件描述语言入门 本部分为后续复杂设计奠定坚实的理论和工具基础。 第1章：数字系统基础回顾与现代设计范式 回顾布尔代数、逻辑门、组合逻辑电路（如译码器、多路复用器、加法器）的基本原理。 介绍超大规模集成电路（VLSI）的发展趋势，从原理图输入到基于HDL的设计流程的演变。 阐述硬件描述语言（HDL）的特性：并行性、时序抽象与结构化描述的优势。 第2章：Verilog HDL 核心语法与数据类型 详细介绍Verilog的基本结构：模块（module）、端口（port）、实例化（instantiation）。 深入探讨Verilog的数据类型：`wire`、`reg`、常量和参数（`parameter`）。 介绍主要的数字取值：0, 1, Z (高阻态), X (未知态) 及其在仿真中的意义。 讲解连续赋值语句（`assign`）和过程赋值块（`always`）的基本用法和适用场景。 第3章：组合逻辑的Verilog实现 利用`assign`语句和`always @()`块实现组合逻辑电路。 重点讲解风格冲突：如何区分数据流建模和行为建模，以及如何避免锁存器（Latch）的产生。 设计实例：实现一个优先级编码器、一个四位全加器和运算逻辑单元（ALU）的初步框架。 介绍仿真模块（Testbench）的基础结构，如何对组合逻辑进行功能验证。 --- 第二部分：时序逻辑与状态机设计 时序电路是实现存储、计数和控制逻辑的核心。本部分将深入探讨时序逻辑的设计与规范。 第4章：时序元件与同步电路基础 详细分析触发器（Flip-Flop）的结构、特性（建立时间、保持时间）及其Verilog描述。 讲解寄存器（Register）的构建与使用，以及如何利用寄存器实现数据锁存和信息保持。 同步设计原则：时钟域（Clock Domain）的概念，如何确保所有时序元件在同一个时钟边沿同步动作。 介绍时钟（Clock）和复位（Reset）信号的类型：同步复位与异步复位，以及它们的优缺点。 第5章：有限状态机（FSM）的设计与优化 FSM的理论基础：状态图、状态表和状态编码。 摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型FSM的Verilog实现方法和结构差异。 三段式FSM结构（状态寄存器、组合逻辑Next State Decoder、输出逻辑）的详细讲解。 高级状态编码技术：独热编码（One-Hot Encoding）与二进制编码，及其对电路速度和资源消耗的影响。 跨时钟域（CDC）问题探讨： 初步介绍同步器（Synchronizer）的概念，用于处理不同速率时钟之间的信号传递。 第6章：计数器、移位寄存器与数据通路 设计不同模式的计数器：同步/异步加载、可编程模计数器。 实现各种类型的移位寄存器：串入并出（SIPO）、并入串出（PISO）以及循环移位寄存器。 数据通路的概念：如何设计包含ALU、寄存器组和多路选择器的数据处理路径。 --- 第三部分：高级设计模块与系统级抽象 本部分将把基础模块组合起来，构建更复杂的子系统，并引入高层次的抽象方法。 第7章：存储器接口与访问控制 理解SRAM和DRAM的基本工作原理（仅从接口角度）。 设计存储器控制器接口：地址译码、数据输入/输出、读/写控制时序的Verilog描述。 实现简单的内部缓存（Cache）结构的概念模型，包括命中/未命中逻辑。 阻塞式（Blocking）与非阻塞式（Non-Blocking）赋值在描述存储器访问时的关键区别与正确用法。 第8章：总线结构与接口协议初步 介绍常见的片上总线（On-Chip Bus）架构，如点对点、多主从结构。 以一个简化的、时序驱动的并行总线协议（如Wishbone或AXI-Lite的简化版）为例，设计Master和Slave模块。 讲解握手信号（Handshake Signals）的设计，实现可靠的数据传输。 第9章：模块化设计、层次化与结构化编程 强调良好代码风格和层次化设计的重要性，以应对大型项目的管理。 参数化设计：使用`parameter`和`localparam`实现可重用的IP核（Intellectual Property）。 模块间的通信：函数（`function`）和任务（`task`）在仿真和延迟建模中的应用。 --- 第四部分：综合、布局布线与仿真验证 设计不仅仅是编写代码，更重要的是确保代码能够被正确地映射到物理硬件上并稳定运行。 第10章：从HDL到门级网表 综合（Synthesis）的概念：HDL代码到标准单元库（Standard Cells）的映射过程。 时序约束（Timing Constraints）的引入：定义时钟频率、输入/输出延迟要求。 静态时序分析（STA）的基础概念：如何阅读和理解综合工具报告中的关键时序违例。 解释综合工具对特定Verilog结构（如`case`语句、`if-else`）的映射结果。 第11章：高级仿真与调试技巧 深入Testbench：激励生成、自检（Self-Checking）机制的设计。 使用任务和函数优化测试脚本，实现循环激励和复杂的时序控制。 波形查看器（Waveform Viewer）的高级用法：信号分组、标记和时间测量。 介绍基于FPGA板级验证的流程：比特流（Bitstream）生成、下载与硬件调试方法。 附录A：FPGA资源结构概述 附录B：常用Verilog系统函数参考 --- 本书特点： 1. 工具链驱动： 紧密结合实际EDA工具的使用界面和设计流程，确保理论知识可以直接转化为工作技能。 2. 代码规范强调： 严格遵循行业推荐的Verilog编码规范，特别是针对可综合性和时序精确性的要求。 3. 实例丰富： 每个关键概念都配有完整的、经过验证的可仿真和可综合的代码示例。 4. 理论深度： 不停留在语法层面，深入剖析设计背后的硬件实现原理和性能瓶颈。 本书致力于培养读者从“描述电路”到“设计系统”的思维转变，是迈向专业数字IC/FPGA工程师的坚实桥梁。

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说实话，我一开始对这种“老版本软件教程”抱着一种怀疑的态度，毕竟现在的主流都是Altium Designer甚至更现代化的工具。但是，深入阅读后，我发现这本书的精髓并不在于软件版本本身，而在于它对“电子设计流程”的深刻剖析。作者在讲解原理图绘制时，对于信号完整性、电源分配等关键节点的处理方式，非常到位，这套思路在任何EDA工具中都是通用的黄金法则。我记得有一章节专门讲了多层板的叠层设计，讲解得异常透彻，即便是老版本的软件限制下，如何通过合理规划层与层之间的关系来优化电磁兼容性（EMC），这一点让我受益匪浅。这本书的语言风格非常平实，没有太多华丽的辞藻，直击要害，读起来毫不费劲，就像是听一位资深工程师在工作会议上分享他的心得体会，那种务实精神贯穿始终，让人读完之后立刻有种“我可以试试看”的冲动。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种略带复古的蓝绿色调，配上清晰的字体，让人一眼就能感受到它蕴含的专业气息。我原本对电子电路的基础概念还算熟悉，但涉及到实际的PCB设计和布局时，总感觉力不从心。拿到这本书后，我首先翻阅了目录，感觉内容编排得非常系统。它没有像很多教材那样堆砌晦涩的理论公式，而是将重点放在了“实用”二字上。比如，关于元器件选型和PCB布线规则的讲解，作者似乎非常接地气，很多细节都是我在实际操作中踩过坑之后才领悟到的。特别是涉及到Protel 98这个经典软件的操作流程，图文并茂的步骤指导，让人感觉像是在跟着一位经验丰富的老工程师手把手教学。我尤其欣赏它对设计规范的强调，这对于想做出专业级电路板的人来说至关重要，避免了走弯路。虽然Protel 98现在可能不是最新的设计软件，但掌握了其核心的设计逻辑，迁移到新软件时也会轻松许多，这本教程的价值就在于打下了坚实的设计思维基础。

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这本书的理论深度把握得恰到好处，它既不是一本纯粹的电学理论教科书，也不是一本空泛的软件说明书，它成功地找到了一个微妙的平衡点。在讲解阻抗匹配和地平面设计时，作者巧妙地引入了必要的电磁学概念，但又立刻将抽象的概念拉回到Protel 98的界面中，通过具体的菜单操作来具象化这些理论的重要性。例如，它会解释为什么特定的走线需要做成蛇形线（serpentine trace），然后马上展示在软件中如何精确控制这段走线的长度和形状。这种“理论指导实践，实践反哺理论加深理解”的螺旋式上升的学习路径，让知识点不再孤立，而是形成了一个有机的整体。对于已经有一些电子基础，但希望系统化学习专业PCB设计的工程师来说，这本书提供了一个非常扎实且注重工程实践的训练框架。

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我尝试跟着书中的一个案例——设计一个简单的线性稳压电源模块——进行了完整的实操。整个过程下来，我最大的感受是作者对“工艺可行性”的重视。他不仅教你怎么画线，更教你线要画多宽，线和线之间要留多大间距，过孔（via）的尺寸如何选择才符合常规的加工能力。这是一种超越了纯粹软件操作的工程思维教育。在后期的装配图和丝印层设计部分，作者的建议尤其实用，比如如何合理标注元器件的极性、位置信息，这对后期的手工焊接和调试工作起到了决定性的帮助。很多教程只关注了电路的“能不能跑”，但这本书关注的是电路的“能不能造”和“好不好维护”，这种对产品全生命周期的考量，让这本书的价值远超了一本单纯的EDA软件手册。

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这本书的排版和插图质量是真正让我感到惊喜的地方。很多技术书籍的图示总是模糊不清，或者比例失调，导致读者难以理解三维结构或者复杂的走线细节。然而，这本《电子电路Protel 98实用教程》中的PCB布局截图清晰锐利，元件封装的视图也标注得非常明确，特别是那些关键的飞线（ratlines）的转化过程，每一步都有对应的屏幕截图辅助说明，极大地降低了初学者的学习曲线。我过去在导入BOM表和进行网络列表检查时经常出错，而这本书专门辟出了一部分详细介绍了这些步骤的常见陷阱及规避方法，这种对“用户体验”的关注，在技术教程中是比较少见的。它不是简单地罗列功能，而是真正站在一个希望快速上手并做出可用产品的读者的角度来组织内容的，这一点非常值得称赞。

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