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出版者:浙江大学出版社

作者:贾爱民 编

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:2004-6

价格:18.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787308036757

丛书系列:

图书标签:

• 电工学
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《数字系统设计与Verilog HDL》 面向现代电子工程与计算机科学的实践指南 内容简介： 本书旨在为读者提供一套全面、深入且高度实践性的数字系统设计方法论与实现技术。在当前信息技术飞速发展的背景下，对数字逻辑、硬件描述语言（HDL）以及集成电路设计流程的掌握已成为电子、通信、计算机科学等多个工程领域的核心竞争力。《数字系统设计与Verilog HDL》正是在此需求下应运而生，它不仅涵盖了数字电路理论的基础知识，更侧重于将理论应用于现代FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）的实际设计与验证过程中。 全书结构严谨，逻辑清晰，从基础概念的建立开始，逐步深入到复杂的系统级设计。我们摒弃了纯粹的理论堆砌，而是力求通过大量的实例、清晰的仿真波形和详尽的步骤指导，帮助工程师和学生构建起从需求分析到硬件实现的全流程设计思维。 第一部分：数字逻辑基础与建模（The Foundation） 本部分是构建后续复杂设计的基础。我们首先复习了布尔代数、逻辑门、组合逻辑电路（如译码器、多路复用器、加法器）和时序逻辑电路（如锁存器、触发器、寄存器、计数器）的核心原理。但与传统教材不同，本书将这些基本组件的描述与Verilog HDL紧密结合。 Verilog基础语法与结构： 详细介绍了模块（module）、端口（port）、数据类型（wire, reg, integer）、连续赋值语句（assign）和过程赋值语句（always）的用法。重点区分了组合逻辑和时序逻辑在`always`块中对敏感列表（sensitivity list）的不同要求，这是避免生成不期望电路结构的关键。 行为级与数据流级建模： 深入探讨如何使用高级抽象的Verilog语言来描述系统功能，强调“意图”而非“门级结构”的描述方式。讲解了运算符的优先级和组合逻辑的有效描述范式，例如使用`if-else`和`case`语句来构建多路选择器和有限状态机（FSM）的硬件映射。 门级建模与结构化描述： 对于需要精确控制硬件实现的应用，本书也展示了如何通过实例化基本逻辑门来构建电路，这对于理解综合（Synthesis）工具的底层工作原理至关重要。 第二部分：核心数字功能模块的实现（Core Building Blocks） 本部分专注于设计和验证那些在任何数字系统中都不可或缺的关键功能模块。我们严格遵循“设计、仿真、综合、实现”的工程流程。 算术逻辑单元（ALU）设计： 从一位加法器开始，逐步扩展到多位加法、减法、乘法和除法器的设计。特别关注了溢出检测、补码运算以及流水线化对提高速度的影响。 存储元件与内存接口： 详细分析了同步与异步RAM的结构，并演示了如何用Verilog描述双端口RAM和FIFO（先进先出队列）。重点讲解了如何通过状态机控制读写操作的时序，确保数据传输的可靠性。 频率分频与时钟管理： 讲解了如何设计高精度时钟分频器，以及涉及亚稳态（metastability）的跨域同步电路。为读者理解系统时钟域（Clock Domain Crossing, CDC）问题打下基础。 第三部分：有限状态机（FSM）的高效设计与应用（Control Unit Mastery） 状态机是数字系统控制逻辑的核心。本书将其设计视为一个独立的高级主题进行深入剖析。 FSM的分类与描述： 详细对比了米利（Mealy）型和摩尔（Moore）型状态机的优缺点及适用场景。通过实际案例，如交通灯控制器和序列检测器，展示了如何使用三种主流的Verilog描述方式（1. 状态寄存器、2. 下一状态逻辑、3. 输出逻辑）来清晰地构建FSM。 时序约束与复位策略： 强调了异步复位与同步复位在实际芯片设计中的重要性。分析了复位信号对FSM启动和故障恢复的影响，并提供了推荐的最佳实践。 状态编码优化： 介绍了独热编码（One-Hot Encoding）和格雷码（Gray Code）等编码方式如何影响FSM的功耗和速度，指导读者根据设计目标选择最优的状态编码方案。 第四部分：系统级设计与高级应用（System-Level Integration） 数字系统的复杂性要求设计者具备系统级思维。本部分将设计焦点从单个模块提升到多模块交互和接口协议层面。 总线接口与仲裁器： 以经典的共享资源访问为例，设计了简单的总线仲裁逻辑（如轮询、优先级仲裁），用以协调多个主设备对同一存储资源的访问请求。 通信协议的实现： 选取了工业界和嵌入式系统中常用的串行通信协议，如SPI（Serial Peripheral Interface）和UART（通用异步收发传输器），展示如何从协议规范一步步推导出硬件实现所需的发送器和接收器模块。 综合与布局布线基础： 提供了使用主流EDA工具链（如Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime）进行设计流程管理的实践指导。重点讲解了XDC/SDC约束文件的编写，如时钟定义、输入延迟/输出延迟（I/O Delay）的设置，这些是确保设计在目标硬件上稳定运行的关键步骤。 第五部分：验证与调试的工程方法（Verification Methodology） 在现代数字设计中，验证工作量往往超过设计本身。本书强调设计即验证的思想。 Testbench的结构化编写： 详细介绍了如何使用Verilog/SystemVerilog编写高效的测试平台（Testbench）。涵盖了激励生成、时钟与复位信号的驱动、以及输出结果的监测与比对。 仿真工具的使用技巧： 提供了波形观察、断点设置、条件断点等仿真调试技巧，帮助读者快速定位设计错误。 断言（Assertions）的使用： 引入SystemVerilog中的SVA（SystemVerilog Assertions）概念，展示如何将设计规范直接嵌入代码中，实现形式化的验证检查，从而提高验证的覆盖率和效率。 通过对以上五个部分的系统学习，读者将不仅掌握Verilog HDL的语法，更重要的是，能够理解数字硬件的物理实现约束，培养出面向硬件的、高效且可验证的数字系统设计能力，为进入高性能计算、嵌入式系统或ASIC设计领域做好充分准备。本书是高等院校相关专业学生、电子系统工程师以及希望深入FPGA/ASIC领域的自学者不可或缺的案头参考书。

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这本书的语言风格非常独特，它融合了严谨的学术论述和一种近乎于“对话式”的引导。作者似乎非常了解学习者在不同阶段可能产生的困惑，并用一种既专业又亲切的方式来解答。例如，在介绍一些复杂的集成电路芯片（如555定时器）时，作者不会直接丢出一个数据手册的摘要，而是先用一个生活中的例子引入，然后逐步拆解其内部结构和工作模式，这种循序渐进的叙述方式极大地降低了学习的心理门槛。文字流畅自然，逻辑性极强，读起来丝毫没有晦涩感。即便是那些需要反复阅读的公式和定义，作者也通过巧妙的措辞安排，使得记忆和理解变得相对容易。我甚至发现，这本书在某些关键概念的阐述上，采用了比传统教材更具启发性的表述，让人在不知不觉中，思维方式也得到了潜移默化的提升，它更像是一位耐心的教练，而不是冰冷的教科书。

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这本书在拓展性方面也做得相当出色，它不仅仅局限于基础的模拟和数字电路范畴。我惊喜地发现其中包含了对一些现代电子技术，如传感器接口和微控制器基础连接的简要介绍。虽然篇幅不长，但足以勾勒出未来学习的方向和路径。更重要的是，书中提供的参考资料和进阶阅读建议非常具有价值。作者给出了好几本关于高级电路设计和电磁兼容性的经典著作，这表明作者的知识储备深厚，并且乐于引导读者走得更远。这种“授人以渔”的教学理念贯穿始终。它没有将知识点“喂饱”，而是留下了足够的空间和线索，激励我们自己去探索更广阔的电子世界。对于那些希望在打下坚实基础后，能迅速对接行业前沿的读者来说，这本书无疑提供了一个绝佳的跳板和指引，它不仅仅是教会你“做什么”，更是激发了你“想学什么”的动力。

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这本书的理论深度和广度令人称赞，它并没有满足于简单的电路功能实现，而是深入挖掘了背后的物理机制和设计思想。我发现它在讲解晶体管的工作原理时，引入了非常直观的类比模型，一下子就打通了原本晦涩难懂的概念。例如，在讲解运算放大器的负反馈结构时，作者不仅仅是给出了公式推导，还结合了实际应用场景，比如有源滤波器和比较器的设计，使得理论知识立刻变得“活”了起来。书中对各种典型电路的分析详尽而透彻，从元件选型到参数计算，每一步都有明确的依据。即便是对一些前沿的数字逻辑电路部分，作者也处理得游刃有余，没有流于表面。读完后，我感觉自己的知识体系得到了极大的完善，不再是零散的知识点堆砌，而是一个严谨而相互关联的结构。这种对基础原理的深度挖掘，是其他很多入门级教材所欠缺的。

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这本书的装帧和设计给我留下了深刻的第一印象。封面采用了深邃的蓝色调，搭配着醒目的橙色字体，既专业又不失活力。纸张的质感非常出色，厚实而平滑，翻阅时有一种高级的触感，这对于一本需要经常翻阅和做笔记的实验手册来说至关重要。内页的排版布局也十分考究，图文并茂，特别是那些复杂的电路原理图和实验步骤图，线条清晰，标注详尽，即使是初学者也能很快找到重点。随书附带的光盘内容也相当丰富，提供了许多额外的仿真软件和教学视频，极大地扩展了学习的维度。我尤其欣赏的是，作者在细节处理上的用心，比如章节标题的字体大小、段落间的留白处理，都体现了对读者阅读体验的尊重。整体来看，这本书在物理层面上就已经展现出极高的品质，让人愿意长期使用和珍藏。这种对媒介本身的重视，往往预示着内容的扎实和可靠，让人对深入学习充满期待。

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作为一本实验指导书，其实践指导性占据了核心地位，而这本书在这方面做得可以说是教科书级别的典范。它将理论与实践的衔接做得天衣无缝。每一个实验的开始，都会用一小段话明确指出本次实验要验证的核心理论知识点，这起到了承上启下的作用。实验步骤的描述极其精炼而准确，没有使用任何模棱两可的词汇。最让我受益匪浅的是，它为每个实验都提供了“故障排查”的部分。这部分简直是救星！很多时候我们搭建电路时总会遇到各种意想不到的问题，而书中列举的常见错误和对应的解决方法，极大地缩短了我寻找问题根源的时间。而且，它不仅仅教你怎么“做对”，还鼓励你思考“做错”的可能性。这种实战导向的编写风格，让我在动手操作时充满了信心，仿佛身边有一位经验丰富的导师在随时指点迷津。

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