FPGA數位邏輯設計：使用Xilinx ISE發展係統(附程式範例光碟) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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• 可編程邏輯器件
• VHDL
• Verilog
• 數字電路
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本書撰寫主要的目的在使FPGA的初學者，瞭解如何進入FPGA的數位邏輯電路設計領域，主要以XilinxISE發展係統為開發環境，並使用ModelSim模擬器做為功能模擬及時序模擬的工具。首先介紹以繪圖的方式設計FPGA的數位邏輯電路，並經模擬驗證後再將之燒錄於FPGA開發闆上驗證，最後並介紹如何使用VHDL來設計FPGA的數位邏輯電路。

數字電路設計與實現基礎：邁嚮硬件描述語言的殿堂 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且實踐性強的數字電路設計與實現的基礎教程。它立足於數字邏輯設計的核心原理，引導讀者從最基本的邏輯門、布爾代數入手，逐步構建復雜的組閤邏輯電路和時序邏輯電路。不同於側重特定開發工具的教材，本書的核心價值在於夯實理論基礎，培養係統化的設計思維。 第一部分：數字係統的基石 本書的開篇聚焦於數字係統的基本構建模塊與數學錶達方式。我們將從數製轉換入手，詳細講解二進製、八進製、十六進製與十進製之間的相互轉換，這是理解計算機底層工作方式的先決條件。隨後，內容深入到布爾代數與邏輯運算，剖析“與”、“或”、“非”、“異或”等基本邏輯門的物理意義和數學性質。讀者將學習如何運用德摩根定律、分配律等代數法則對復雜的邏輯錶達式進行化簡。 為瞭實現高效的電路設計，必須掌握邏輯函數的最簡化方法。本書將詳細介紹卡諾圖（Karnaugh Map, K-Map）的繪製與求解過程，無論是兩位、三位還是四位變量的函數，都將通過實例演示如何快速找到最簡“積之和”或“和之積”形式，這直接關係到後續硬件資源的消耗和電路的性能。對於更多變量的復雜係統，本書也會引入奎因-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）算法的基本思想，作為係統化求解的理論支撐。 第二部分：核心組閤邏輯電路的構建與應用 在掌握瞭基本運算和化簡技巧後，本書轉嚮組閤邏輯電路的實際設計。組閤電路的特點是輸齣僅依賴於當前的輸入，不包含記憶功能。我們將係統性地分析和設計以下關鍵組件： 1. 譯碼器（Decoders）與編碼器（Encoders）：深入探討 $N$ 對 $2^N$ 譯碼器的結構，以及它們在地址選擇、七段顯示驅動等方麵的應用。同時，也會講解優先編碼器的設計，以解決多個輸入同時有效時的優先級仲裁問題。 2. 多路復用器（Multiplexers, MUX）與解多路復用器（Demultiplexers, DEMUX）：詳細闡述 MUX 如何作為數據選擇器，並演示如何使用 MUX 搭建任意組閤邏輯函數，這是衡量電路設計靈活性的重要指標。DEMUX 則作為數據分發的關鍵組件。 3. 加法器與算術邏輯單元（ALU）：從半加器、全加器開始，構建多位串行加法器和並行加法器，並探討進位傳播延遲的問題。在此基礎上，引入能完成加、減、邏輯運算的算術邏輯單元（ALU）的基本架構設計。 4. 比較器（Comparators）：設計用於比較兩個二進製數大小的電路，包括組閤式比較器和如何通過反饋實現更多位數的比較。 第三部分：時序邏輯電路與狀態機的設計 時序電路引入瞭“記憶”的概念，其輸齣不僅依賴於當前輸入，還依賴於電路過去的狀態，這使得它們成為構建存儲器、計數器和控製器等復雜係統的基礎。 本書將詳細講解半導體存儲單元的構建： 1. 鎖存器（Latches）與觸發器（Flip-Flops）：從基本的 SR 鎖存器（包含對“禁止狀態”的深入分析）開始，過渡到具有時鍾控製的 D 觸發器、JK 觸發器和 T 觸發器。我們將著重分析觸發器的同步和異步操作模式，以及如何避免亞穩態問題。 2. 寄存器（Registers）與移位寄存器（Shift Registers）：學習如何使用D觸發器構建並行輸入/並行輸齣（PIPO）、串行輸入/並行輸齣（SIPO）等不同類型的移位寄存器，以及它們在數據傳輸和轉換中的重要作用。 3. 計數器（Counters）：從最基礎的異步（Ripple）計數器開始，過渡到同步計數器的設計。內容將覆蓋模 $N$ 計數器的設計方法，包括如何利用狀態圖和狀態錶來定義任意需求的計數序列。 第四部分：有限狀態機（FSM）的設計與分析 有限狀態機是數字係統控製邏輯的核心，是連接數據通路和控製信號的橋梁。本書將係統地介紹FSM的設計流程： 1. 狀態圖與狀態錶的繪製：學習如何將實際控製需求（如交通燈控製器、自動售貨機邏輯）抽象為狀態圖。 2. 狀態編碼技術：探討如何對狀態進行二進製編碼，並引入狀態簡化的理論，以減少所需的觸發器數量和組閤邏輯的復雜度。冗餘狀態的識彆與消除是本節的重點。 3. 米利（Mealy）型與穆爾（Moore）型 FSM：詳細比較這兩種 FSM 的結構差異、優缺點及其在實際設計中的適用場景。 第五部分：硬件描述語言（HDL）的入門視角 雖然本書側重於原理，但為瞭銜接現代電子設計流程，本部分將以一種獨立於特定工具的視角，介紹硬件描述語言（HDL）的概念。我們將闡述 HDL 如何用代碼來描述硬件結構、數據流和行為，而不是傳統的程序執行流程。通過對結構化描述（門級、數據流）和行為級描述的對比，讀者能理解 HDL 語句（如 `assign`, `always` 等）在綜閤過程中如何映射迴真實的邏輯門和觸發器。這部分內容為讀者後續學習特定如 VHDL 或 Verilog 語言打下堅實的邏輯基礎，確保理解代碼背後的硬件含義。 全書貫穿著大量的理論推導、電路圖示和設計實例，旨在幫助讀者建立從抽象需求到具體門電路實現的完整認知鏈條。閱讀完本書，讀者將能夠獨立完成中小型數字係統的邏輯設計任務，並為進一步深入學習微處理器結構、可編程邏輯器件（PLD/FPGA）的高級應用做好充分準備。

第1章 使用FPGA晶片設計數位邏輯 係統的方法
1-1 什麼是FPGA
1-2 FPGA晶片的發展過程及其基本架構
1-2-1　PLD之基本架構
1-2-2　PLD的種類
1-3 Xilinx FPGA的基本架構
1-3-1　Xilinx Spartan-3AN FPGA的基本架構
1-4 Xilinx Spartan-3AN FPGA晶片編號代錶的意義
1-5 傳統設計數位邏輯係統的方法
1-6 使用FPGA設計數位邏輯係統的方法
1-6-1　使用繪圖方式設計數位邏輯係統的方法
1-6-2　使用VHDL硬體描述語言設計數位邏輯係統之方法
1-6-3　使用Verilog硬體描述語言設計數位邏輯係統的方法
1-6-4　使用狀態機方式設計數位係統的方法
1-6-5　Xilinx ISE發展係統功能簡介
1-7 使用Xilinx ISE發展係統設計FPGA及CPLD操作方式的差異
1-8 Xilinx ISE Simulator簡介
1-9 ModelSim模擬器之簡介

第2章 Xilinx ISE WebPACK及ModelSim XE模擬器的下載及安裝
2-1 ISE WebPACK軟體之下載
2-2 ISE WebPACK軟體之安裝
2-3 Xilinx ISE WebPACK更新檔Service Pack之下載及安裝
2-4 ModelSim XE模擬器之下載及安裝
2-4-1　ModelSim XE模擬器之下載
2-4-2　ModelSim XE模擬器之安裝
2-4-3　ModelSim License檔的下載及安裝

第3章 Xilinx ISE之簡易操作 步驟介紹
3-1 如何進入Project Navigator視窗
3-2 Project Navigator視窗之功能介紹
3-3 如何建立新的專案
3-4 如何離開所建立的專案
3-5 如何開啓一個舊的專案
3-6 基本邏輯閘介紹
3-6-1　反閘之電路符號、布林代數錶示式及其真值錶
3-6-2　或閘之電路符號、布林代數錶示式及其真值錶
3-6-3　及閘之電路符號、布林代數錶示式及其真值錶
3-6-4　互斥或閘之電路符號、布林代數錶示式及其真值錶
3-7 基本邏輯閘設計
3-7-1　取齣邏輯閘元件
3-7-2　緩衝器元件的取齣
3-7-3　執行連綫的動作
3-7-4　加入輸入輸齣端點
3-7-5　在輸入輸齣端點取名稱
3-8 基本邏輯閘功能模擬的執行
3-8-1　使用ISE Simulator的模擬方法
3-8-2　使用Modelsim模擬器模擬的方法
3-9 晶片實作
3-9-1　Implementation Constraints File的設定
3-9-2　Implement Design的執行
3-10 使用FPGA Editor檢視佈置與繞綫
3-11 FPGA晶片資源利用報告的檢視
3-12 時序報告的檢視
3-13 時序模擬的執行
3-14 Configuration的執行
3-14-1　直接下載至FPGA晶片上
3-14-2　下載至FPGA晶片內部的Flash
3-14-3　直接下載至FPGA與下載至Flash的差異
3-15 以HDL硬體描述語言設計數位電路的方法

第4章 組閤邏輯設計實習
4-1 編碼器之實驗
4-1-1　十進位對二進位編碼器實驗
4-1-2　繪圖方式的設計
4-1-3　Behavioral Simulation的執行
4-1-4　ModelSim模擬器之簡易操作
4-1-5　將十進位對二進位編碼器設計成一元件模組使用
4-1-6　十進位對二進位編碼器元件模組之模擬及下載
4-2 如何將建立的元件模組在彆的專案中使用
4-3 解碼器實驗
4-3-1　BCD解碼器
4-3-2　使用繪圖方式的設計方法
4-3-3　ModelSim模擬器之進階操作
4-3-4　將BCD解碼器組成一元件模組使用
4-3-5　再使用ModelSim模擬電路之功能
4-3-6　二對四解碼器
4-4 解多工器之實驗
4-4-1　一對四解多工器之基本電路
4-5 多工器
4-5-1　四對一多工器
4-6 七段顯示器解碼器電路之設計
4-6-1　七段顯示器之基本架構
4-6-2　真值錶
4-6-3　布林代數錶示式
4-6-4　邏輯電路圖
4-6-5　使用Xilinx ECS繪圖
4-6-6　使用Modelsim執行電路功能模擬
4-6-7　匯流排信號之操作
4-6-8　將七段顯示器解碼電路設計成一元件模組使用
4-6-9　再使用Modelsim模擬SEG7CKT.sch電路之功能
4-6-10　Implementation Constraints File的執行
4-6-11　Implement Design的執行
4-6-12　時序模擬的執行
4-6-13　Configuration的執行

第5章 階層式電路的設計
5-1 壹位元半加器之設計
5-2 壹位元全加器之設計
5-2-1　壹位元全加器階層式電路之設計
5-3 二位元全加器之設計

第6章 循序邏輯電路設計
6-1 四位元非同步上數計數器之設計
6-2 不同頻率時鍾脈波産生電路之設計
6-3 具有七段顯示器解碼電路之四位元非同步上數計數器之設計

第7章 VHDL硬體描述語言設計方法
7-1 如何使用VHDL硬體描述語言的方式設計電路
7-1-1 使用ISE Text Editor編輯VHDL硬體描述語言設計電路的方法
7-1-2　使用ISE語言樣闆設計VHDL硬體描述語言的方法
7-2 VHDL硬體描述語言的基本架構組成
7-2-1　Library宣告的格式
7-2-2　Use宣告的格式
7-2-3　Entity電路單體描述的格式
7-2-4　Architecture架構描述的格式
7-2-5　Structure宣告所使用之格式及範例
7-2-6　Dataflow描述之格式及範例
7-2-7　Behavioral行為描述之格式及範例
7-2-8　組成宣告描述之格式及範例

第8章 VHDL硬體描述語言之描述規則
8-1 VHDL硬體描述語言指令的命名規則
8-1-1　VHDL的註解描述
8-2 VHDL敘述的描述形式
8-3 VHDL的常用描述指令
8-3-1 　F條件式
8-3-2　WHEN...ELSE敘述
8-3-3　Case...Is...When...when Others敘述
8-3-4　with...select...when...when others敘述
8-3-5　Loop敘述
8-3-6　NEXT敘述
8-3-7　Wait敘述
8-4 VHDL中所使用的運算子
8-5 VHDL的保留字

第9章 VHDL設計實例介紹
9-1 三對八解碼器的設計
9-2 十六進位上下數計數器之設計
9-2-1　除頻電路之設計
9-2-2　十六進位上下數計數器之設計
9-2-3　多工器之設計
9-2-4　七段顯示器解碼電路之設計
9-2-5　十六進位上下數計數器之完整電路設計
9-3 9999BCD上下計數器之設計
9-3-1　BCD上下計數器之設計
9-3-2　除頻電路、多工器、七段顯示器解碼電路模組之引入
9-3-3　BCD上下數計數電路之完整設計
9-4 跑馬燈之設計

第10章 Verilog硬體描述語言設計方法
10-1 Verilog硬體描述語言的基本架構
10-2 Verilog模組描述的基本格式
10-2-1　開關層次描述的實例介紹
10-2-2　邏輯間層次描述的實例介紹
10-2-3　資料流層次描述的實例介紹
10-2-4　行為層次描述的實例介紹
10-3 Verilog硬體描述語言的描述格式
10-3-1　Verilog的基本語法規定
10-3-2　Verilog的數字格式
10-3-3　Verilog的運算子
10-4 Verilog的資料型態
10-4-1　數值集(Value Set)
10-4-2　接綫(net)
10-4-3　暫存器(reg)
10-4-4　嚮量(vectors)
10-4-5　整數(integer)
10-4-6　實數(real)
10-4-7　時間(time)
10-4-8　陣列(arrays)
10-4-9　記憶體(memories)
10-4-10　參數(parameters)
10-4-11　字串(strings)
10-4-12　三態(Tri-state)
10-5 Verilog的事件基礎時間控製
10-5-1　正規事件控製
10-5-2　事件或控製
10-6 Verilog的輸入輸齣埠描述
10-7 Verilog的係統關鍵字描述
10-8 Verilog係統的暫停及完成模擬敘述
10-9 Verilog的監視顯示描述
10-10 Verilog的係統保留字

附錄一 MB-EVL-XC3S50AN-V11 FPGA開發闆之介紹
A-1 Xilinx Spartan 3AN  XC3S50AN-TQG144 FPGA晶片
A-2 輸入裝置
A-3 輸齣裝置
A-4 J1及J2 使用者擴充I/O接腳插座
A-5 JTAG下載接頭JP3
A-6 JP1 Jumper下載模式跳綫
A-7 S10 PROGB Push-Button Switch
A-8 電源開關S11
A-9 D1綠色LED
A-10 D13 紅色LED
A-11 J4電源整流器5V輸入接頭
A-12 直流電源指示LED D15 D16 D17 
A-13 25pin Printer Port
附錄二 MB-EVL-XC2S50E-V10 FPGA開發闆之介紹
附錄三 問題集
 

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這本書我之前就聽朋友推薦過，一直想找機會入手。我本身是做嵌入式開發的，平時會接觸到一些硬件加速的需求，FPGA 相關的知識一直是我比較欠缺的部分。看到這本書的書名，感覺非常貼閤我的需求，“Xilinx ISE 發展係統”這個關鍵詞讓我覺得它很實用，因為我們公司現在用的就是 Xilinx 的 FPGA 芯片。附帶的程式範例光碟更是個大亮點，我一直覺得理論結閤實踐纔是學習 FPGA 的王道，有現成的程式碼可以參考、修改，那學習起來效率肯定會大大提升。我之前也嘗試過看一些網上的 FPGA 教學視頻，但總覺得零散，不夠係統，而且很多視頻的講解方式我不是特彆適應。這本書的結構和內容安排，我倒是蠻期待的，希望它能從基礎概念講起，逐步深入到一些進階的應用，這樣我這個 FPGA 新手纔能更好地理解和掌握。特彆是“數位邏輯設計”這個部分，我希望能學到一些紮實的數位邏輯基礎知識，比如狀態機、時序邏輯設計等等，這些都是 FPGA 開發的根基。如果書中還能涵蓋一些關於 VHDL 或 Verilog 語言的進階技巧，那就更好瞭，畢竟寫齣高效、可讀性強的 HDL 代碼也是一項很重要的能力。總之，我非常看好這本書，希望它能幫助我在 FPGA 設計領域打下堅實的基礎，並且能夠快速上手實際的項目開發。

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這本書我最近剛拿到手，還沒來得及深入研讀，但光看目錄和前幾章的介紹，就感覺內容相當充實。我本人對 FPGA 的興趣在於它能夠實現高度並行化的處理，這對於一些需要快速數據吞吐量的應用來說，是傳統微處理器無法比擬的。這本書的書名“FPGA數位邏輯設計”以及“Xilinx ISE 發展係統”讓我覺得它是一本非常腳踏實地的教材，能夠幫助我從理論走嚮實踐。我特彆看重“附程式範例光碟”這一點，因為我一直覺得學習 FPGA 最有效的方式就是動手實踐。我希望光碟裏的程式範例不僅僅是簡單的“Hello World”級彆的例子，而是能夠涵蓋一些更具挑戰性和實用性的應用，比如在信號處理、圖像識彆、或者通信協議實現等方麵的案例。如果範例程式碼能用 VHDL 和 Verilog 兩種主流的 HDL 語言都有所涵蓋，那對我來說就更完美瞭。我希望通過學習這些範例，能夠掌握如何將復雜的算法轉化為 FPGA 能夠理解和實現的硬件邏輯，並且能夠理解 FPGA 的設計流程，從需求分析、邏輯設計、代碼編寫、仿真驗證，到最終的綜閤、布局布綫和下載。如果書中還能介紹一些關於 FPGA 的物理實現、時序分析、或者功耗優化方麵的知識，那對我的 FPGA 設計能力提升將會有很大的幫助。總體而言，我對這本書抱有很高的期待，相信它能夠為我打開 FPGA 設計的大門。

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這本書我是在電子展上偶然看到的，當時就覺得它的內容介紹挺吸引人的。我個人對 FPGA 的興趣由來已久，一直覺得用 FPGA 來實現一些高性能的運算或者特殊的接口控製非常有優勢。雖然我之前也看過一些 FPGA 的入門書籍，但總感覺講解得不夠深入，或者案例不夠貼近實際工程應用。這本書特彆強調瞭“Xilinx ISE 發展係統”，我覺得這一點非常重要，因為 ISE 是 XILINX 公司的主流開發工具，學會瞭它，就等於掌握瞭在 XILINX 平颱上進行 FPGA 開發的核心技能。我尤其關注書中提到的“程式範例光碟”，對我來說，這簡直是無價之寶。我一直認為，學習 FPGA 設計，光看書本上的理論知識是不夠的，必須要有實際的程式碼來支撐，纔能真正理解那些抽象的概念是如何轉化為具體的硬件電路的。我希望這本書中的範例程式碼能夠涵蓋一些比較典型的 FPGA 應用場景，比如一些數字信號處理、通信接口、或者簡單的嵌入式係統等等，這樣我就可以在 ISE 環境中運行、調試這些程式碼，並嘗試著去修改和擴展，從而加深對 FPGA 設計流程的理解。如果書中還能介紹一些 FPGA 設計的優化技巧，比如如何提高時序、降低功耗、或者進行麵積優化，那對我來說就更具價值瞭。總而言之，這本書的齣現，讓我覺得離實現我的 FPGA 設計目標又近瞭一步，我非常期待它的內容。

评分☆☆☆☆☆

這本書我之前在書店裏翻看過，當時就被其豐富的程式範例所吸引。我本身在學校學習過一些數字電路和計算機體係結構的基礎知識，一直對 FPGA 這種能夠實現定製化硬件加速的技術非常著迷。這本書的書名“FPGA數位邏輯設計：使用Xilinx ISE發展係統”精準地定位瞭學習方嚮，而且“Xilinx ISE”這個關鍵詞讓我覺得它非常實用，因為這是目前工業界廣泛使用的 FPGA 開發平颱之一。我最看重的還是“附程式範例光碟”這個配置，我一直覺得理論知識的學習需要大量的實踐來鞏固，而有瞭現成的程式範例，可以大大縮短我摸索的時間，讓我更快地掌握 FPGA 的設計方法。我希望書中的範例程式碼能夠涵蓋從基礎的邏輯門、觸發器，到更復雜的計數器、移位寄存器，再到狀態機、簡單的微處理器等不同層次的設計。而且，我希望這些範例能夠配閤 ISE 的操作流程進行講解，讓我能夠清晰地理解每個步驟的作用，並且能夠自己動手去實現和調試。如果書中還能對 FPGA 的時序約束、時鍾域交叉、或者狀態機的設計原則有更深入的探討，那對我來說將是極大的幫助。我期待這本書能夠幫助我建立起一個完整的 FPGA 設計思維，並且能夠獨立完成一些具有實際意義的 FPGA 項目。

评分☆☆☆☆☆

這本書我早就聽說過，身邊不少從事硬件開發的朋友都有提到過。我之前一直用的是 CPLD，對 FPGA 接觸得比較少，但隨著項目需求越來越復雜，對硬件的性能要求也越來越高，感覺是時候該學習一下 FPGA 瞭。這本書的書名“FPGA數位邏輯設計”正好點齣瞭我最想學習的核心內容。我希望這本書能係統地講解數位邏輯設計的原理和方法，尤其是在 FPGA 平颱上的實現。我對“Xilinx ISE 發展係統”這個關鍵詞很感興趣，因為我聽說是 XILINX 的 FPGA 市場占有率很高，如果這本書能教會我如何熟練使用 ISE 這個工具，那對我未來的職業發展肯定大有裨益。最讓我心動的還是“附程式範例光碟”這一點，對我來說，這絕對是物超所值。我之前嘗試過自己寫一些簡單的 FPGA 代碼，但經常會遇到各種各樣的問題，比如時序不收斂、邏輯不正確等等，很多時候都是因為對底層的實現機製不夠瞭解。有瞭程式範例，我就可以通過對比和學習，來理解為什麼這樣寫代碼會有這樣的結果，從而避免走彎路。我希望光碟裏的範例能夠涵蓋一些常見的 FPGA 設計模式，並且有清晰的注釋和說明，這樣我纔能更好地理解和吸收。如果書中還能講到一些關於 FPGA 的架構、資源利用率、或者調試技巧，那就更好瞭。總而言之，這本書在我看來，是一本非常值得深入學習的 FPGA 入門與進階指南。