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出版者:

作者:王振红

出品人:

页数:142

译者:

出版时间:2009-1

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787122037343

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 数字电路设计
• FPGA
• Verilog
• 硬件描述语言
• 电子工程
• EDA
• 设计实例
• 图解
• 入门教程

《数字逻辑与逻辑门电路实用指南》 本书旨在为读者提供一个深入且实用的数字逻辑基础知识框架，重点在于理解和应用逻辑门电路。我们将从最基本的二进制系统和逻辑运算出发，逐步深入到组合逻辑和时序逻辑的设计与实现。 第一章：二进制世界与逻辑门基石 本章将带领读者走进二进制数字世界的殿堂。我们将详细讲解二进制数的表示、运算（加、减、乘、除）以及不同数制（十进制、十六进制）之间的转换。随后，我们将重点介绍构成数字电路最基本单元——逻辑门。从最简单的非门（NOT）、与门（AND）、或门（OR），到更复杂的与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR），我们将逐一剖析它们的逻辑功能、真值表、逻辑符号以及在实际电路中的应用。通过丰富的图示和实例，读者将深刻理解这些基本门电路如何实现逻辑判断和信号处理。 第二章：组合逻辑电路的设计与分析 在掌握了基本逻辑门的概念后，本章将聚焦于组合逻辑电路。这类电路的输出仅取决于当前输入的状态，没有记忆功能。我们将学习如何使用布尔代数来化简和优化逻辑表达式，这是设计高效组合逻辑电路的关键。本书将详细介绍卡诺图（Karnaugh Map）的绘制和使用方法，这是一种直观且强大的组合逻辑化简工具。读者将学会如何将实际问题转化为逻辑表达式，再通过布尔代数或卡诺图将其化简，最终设计出满足需求的组合逻辑电路。章节内容将涵盖编码器、译码器、多路选择器、数据分配器等常见组合逻辑模块的设计原理和应用场景，并通过实际案例演示如何构建和分析这些电路。 第三章：时序逻辑电路：引入“记忆”的概念 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路过去的状态，即具有“记忆”功能。本章将深入探讨时序逻辑电路的核心——触发器。我们将从最基本的锁存器（Latches）讲起，例如SR锁存器、D锁存器，然后重点介绍各种类型的触发器，包括SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，详细阐述它们的构成、工作原理、时钟信号的作用以及状态转移特性。我们将深入分析不同触发器之间的区别与联系，以及它们在构建记忆单元中的关键作用。 第四章：寄存器、计数器与状态机：构建复杂数字系统 本章将基于触发器的原理，介绍更高级的时序逻辑电路模块。我们将学习如何将多个触发器组合起来形成寄存器，用于存储数据。随后，我们将深入讲解计数器，包括同步计数器和异步计数器，以及它们在频率分频、数据计数等方面的应用。我们将学习如何设计上加计数器、下加计数器以及任意模数的计数器。此外，本章还将引入状态机的概念，包括有限状态机（FSM）的设计方法。读者将学习如何根据需求定义状态、状态转移和输出，并将其转化为实际的时序逻辑电路，这是设计微处理器、控制器等复杂数字系统的基础。 第五章：存储器与接口电路 本章将探讨数字电路中不可或缺的存储单元。我们将介绍不同类型的存储器，如随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。我们将深入了解SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）的工作原理、读写时序以及它们在系统中的应用。同时，我们将介绍ROM的类型，例如PROM、EPROM、EEPROM，并讲解它们的特点和用途。此外，本章还将涉及一些基本的接口电路，用于连接不同的数字模块或与外部设备进行数据交换，例如简单的输入/输出接口。 第六章：时钟信号与同步/异步设计 时钟信号是时序逻辑电路工作的脉搏，本章将详细讨论时钟信号的设计、产生和分配。我们将介绍不同类型的时钟信号，以及如何处理时钟抖动（Jitter）和偏斜（Skew）等问题。同步设计是现代数字电路设计的基石，我们将重点讲解同步时序逻辑电路的设计原则，包括如何确保数据在时钟边缘的稳定传输，以及避免竞争冒险（Race Condition）等问题。同时，我们也会简要介绍异步时序逻辑电路的概念，并讨论其优缺点和适用场景。 第七章：数字电路设计中的实用技巧与调试 本章将分享一些在实际数字电路设计过程中非常有用的技巧和方法。我们将讨论如何进行逻辑层次划分，以管理复杂的设计。本章还将重点介绍数字电路的仿真与验证，包括如何使用仿真工具来验证电路的功能和时序，以及如何设计测试向量来覆盖各种可能的输入场景。此外，我们还将介绍一些常见的数字电路设计问题及其调试方法，帮助读者提高解决实际问题的能力。 第八章：简单数字系统实例分析 为了巩固读者所学知识，本章将通过几个具体的简单数字系统实例，来演示如何将前面章节中学到的原理和方法综合运用。我们将分析例如一个简单的交通灯控制器、一个基本的电子骰子，或者一个简单的计算器电路的设计过程。通过这些实例，读者将能够更直观地理解抽象的逻辑概念如何在实际应用中落地，并进一步加深对数字逻辑电路设计的理解。 本书内容严格遵循数字逻辑电路的基本原理，不涉及任何硬件描述语言，专注于培养读者对数字电路的直观理解和逻辑思维能力。通过理论讲解、图示分析和实例演示，希望能够为初学者打下坚实的数字逻辑基础，并为进一步深入学习更复杂的数字系统设计奠定良好的开端。

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从一个资深数字工程师的视角来看，这本书的价值在于它填补了理论与工程实践之间一个重要的鸿沟。许多大学教材侧重于介绍理论模型，而专业的芯片设计手册则过于关注底层细节和特定工艺。这本书巧妙地立足于一个中间地带——如何使用高级抽象语言VHDL来高效地映射到实际的硬件结构上。书中对如何编写可读性强、易于维护、且能被综合器完美理解的HDL代码的见解，是其核心竞争力所在。特别是关于属性（Attributes）的使用和自定义数据类型的设计，作者的讲解深入浅出，让我领悟到VHDL不仅仅是Verilog的替代品，它本身就拥有独特的、表达力更强的设计范式。总的来说，这本书更像是一本“设计模式手册”，指导工程师如何构建健壮、高性能的数字系统，而不是一本简单的语言参考手册。它让我重新审视了自己过去的代码习惯，并朝着更专业化的方向进行了调整。

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这本关于VHDL数字电路设计的书，从封面设计到内容编排，都透露着一股朴实无华的实用主义气息。我是在准备一个复杂的FPGA项目时偶然接触到它的，当时急需一本能快速上手、同时又能深入讲解底层原理的参考资料。这本书的优点在于它没有过多地陷入晦涩的理论推导，而是聚焦于“怎么做”和“为什么这么做”。作者似乎非常懂得读者的痛点，每一个设计模块的讲解都配有详尽的VHDL代码实例，并且这些实例并非简单的“Hello World”级别，而是贴近实际工业应用场景的模块，比如状态机、总线接口的实现等。更值得称赞的是，书中对VHDL语言特性的剖析非常到位，尤其是在描述并发结构和时序逻辑时，作者提供的不同写法及其对综合结果的影响分析，对于初学者构建正确的硬件思维至关重要。那种豁然开朗的感觉，是很多纯理论教材无法给予的。整体阅读下来，感觉就像是有一位经验丰富、不爱说废话的工程师在手把手地指导你完成设计，非常接地气。

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这本书的叙事风格是极其克制的，它没有花哨的排版或者过度的动画效果来吸引眼球，所有的精力都投入到了知识的密度和准确性上。这种朴素的风格对于需要长时间专注学习的技术书籍来说，反而是一种优势。它最大的贡献在于，它真正做到了“图说”。那些辅助理解的示意图，绝非简单的框图，而是精心绘制的逻辑流程图和波形图，它们与文字描述形成了完美的互补。我尤其欣赏书中对并行处理单元设计时，对于流水线深度和资源占用的权衡分析。作者并没有给出唯一的“标准答案”，而是展示了多种实现路径，并清晰地指出了每种路径的性能取舍。这迫使读者从一开始就带着系统级的眼光去思考代码的实现，而不是仅仅停留在语法层面。这是一本值得反复翻阅的工具书，每一次重读，似乎都能在熟悉的章节中发现新的设计灵感。

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对于我这种有着一定电路基础，但VHDL实战经验尚浅的设计者来说，这本书简直像是一剂强心针。它的结构组织非常清晰，从基础的数据类型和结构体开始，逐步过渡到复杂的接口协议描述。最让我印象深刻的是，作者在讲解高级特性时，会巧妙地穿插一些关于工具链和仿真调试的实用技巧。比如，关于如何使用波形观察工具来验证状态机的正确跳转，或者如何利用`assert`语句进行设计约束的自我检查。这些内容在很多官方文档中都是零散的，需要读者自己去拼凑经验。这本书却将这些实战经验系统地整合了起来，让学习曲线变得平缓许多。阅读过程中，我发现自己对于那些原本感到模糊的概念，比如锁存器的形成、时钟域交叉问题的初步规避，都有了更清晰的物理图像。它提供了一种自洽的设计哲学，让我在后续的实际项目中能够更加自信地进行结构划分和模块级验证。

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坦白讲，当我第一次翻开这本书时，内心是有些不抱希望的。市面上关于数字逻辑和硬件描述语言的书籍汗牛充栋，很多都是将教科书上的知识点简单地用VHDL语法重新包装一遍，缺乏对“设计艺术”的阐述。然而，这本书却在细节处展现了作者深厚的功底。它不仅仅是教你写代码的语法，更重要的是，它在潜移默化中培养读者对“硬件思维”的理解。例如，书中对“时序和组合逻辑的分离”这一核心概念的讲解，不是用枯燥的定义堆砌，而是通过具体的例子展示了不良设计习惯如何导致时序违约和难以调试的逻辑。特别是关于如何有效利用`generate`语句进行参数化设计和模块复用那一部分，写得极为精妙。我尝试用书中介绍的方法重构了我之前一个冗余的计数器模块，代码量和可读性都有了显著提升。这本书的价值就在于，它教会你如何写出“好”的VHDL，而不仅仅是“能跑起来”的VHDL。

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