数位逻辑设计：使用Verilog(附范例程式光碟) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书主要介绍如何使用verilog语言来撰写程式，进而利用它们设计出各种消费产品的控制电路…等，让初学者对程式语言有足够的了解。我们将整个硬体描述语言依其特性与前后顺序共分成七个章节：第一章介绍整个数位逻辑电路设计的发展过程，第二章说明verilog语言的程式结构并以范例让读者了解其内部各个单元的特性，第三章介绍verilog语言可以合成出逻辑电路的各种运算及讨论其优先顺序，第四章叙述资料流描述与各种组合电路的设计，第五章介绍行为模式叙述与各种序向电路的设计，第六章介绍结构化、模组化的元件设计，第七章介绍编译器指令的特性与使用方法及讨论如何建立元件库与叫用，可使我们依不同的工作环境选取程式进行编译。本书适用于科大电子、电机及资工系「数位逻辑设计」课程使用。

数位逻辑设计：使用Verilog（附范例程式光碟） 内容简介 本书旨在提供一套全面且深入的数位逻辑设计基础知识与实作指南，特别侧重于使用硬件描述语言（HDL）Verilog 进行系统级的建模、仿真与综合。本书不仅涵盖了数位电路设计的基本原理，更紧密结合了现代电子系统开发流程，使读者能够从理论概念迅速过渡到实际的硬体实现。 全书结构清晰，循序渐进，内容涵盖从最基础的布尔代数、逻辑门操作，到复杂的组合逻辑与时序逻辑电路设计，并最终延伸至更高级的有限状态机（FSM）设计与系统级整合。特别强调的是，本书的内容是为读者提供一个坚实的理论基础，并辅以大量的、可直接运行的Verilog 范例，以确保学习效果。 第一部分：数位系统基础与布尔代数 本书伊始，便系统地介绍了数位逻辑的根基。读者将学习数位系统中的数制转换，包括二进制、八进制、十六进制以及它们与十进制之间的相互转换，这是理解所有数位电路工作原理的前提。随后，深入探讨布尔代数的基础公理、定理与简化方法，如德摩根定理、分配律等，并详细阐述如何利用布尔表达式来描述逻辑功能。 为了将理论与实际电路连接起来，本书紧接着介绍了基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的符号、真值表及实际应用。此外，还介绍了实现这些逻辑功能的关键元件——晶体管开关特性，为后续理解CMOS逻辑家族的工作原理打下基础。逻辑函数的最小化是数字设计中的核心技能，本书将详尽介绍卡诺图（Karnaugh Map, K-map）的原理与使用技巧，包括两位、三位乃至更多变量函数的化简，确保读者能够设计出元件数最少、速度最快的组合电路。同时，也将介绍对复杂逻辑表达式进行公式化简的方法。 第二部分：组合逻辑电路的设计与实现 组合逻辑电路是数位系统中最基础的部分，其输出仅依赖于当前的输入状态。本部分将重点放在设计和分析常见的组合逻辑元件。我们将从基础的加法器、减法器设计入手，详细解析半加器、全加器以及多位加法器的结构，并讨论溢出处理。乘法器和除法器的基本原理也会被纳入讨论范围。 数据选择器（Multiplexer, MUX）和数据分配器（Demultiplexer, DEMUX）作为重要的数据路由元件，其工作原理和多种应用场景（如函数实现、并行到串行转换）将被透彻解析。接着，读者将学习比较器（Comparator）的设计，用于比较两个二进制数的大小。编码器（Encoder）和译码器（Decoder）的结构和应用，特别是二进制到七段显示译码器的实际设计，将作为重点案例进行剖析。 本部分的核心在于如何使用Verilog 来描述这些组合逻辑电路。我们将介绍Verilog 中`assign`语句、连续赋值、以及`always @()`块在描述组合逻辑时的精确用法和注意事项，强调如何编写出清晰、综合友好的硬件描述代码。 第三部分：时序逻辑电路与存储元件 与组合逻辑不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路的先前状态，这引入了“记忆”的概念。本部分将从最基本的锁存器（Latch）开始，阐述其异步特性和潜在的毛刺问题。随后，将重点介绍同步触发器（Flip-Flop, FF），包括SR FF, D FF, JK FF, T FF，详细分析它们在不同时钟边沿下的状态转换特性。 存储单元的设计是时序电路的精髓。本书将深入讲解寄存器（Register）的设计，如何使用D触发器构成并行数据存储单元。随后，将详细介绍各种存储器结构，包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本单元结构和读写操作的时序要求。 在Verilog 描述方面，本部分会详细介绍如何使用`always @(posedge clk)` 或 `always @(negedge clk)` 等结构来精确建模带有同步时序特性的电路。如何正确地处理复位（Reset）和置位（Set）逻辑，区分异步和同步控制，是本部分教学的重点难点。此外，还会讨论如何使用Verilog 来模拟和验证时序逻辑电路中的建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）要求。 第四部分：有限状态机（FSM）的设计与应用 有限状态机是控制系统和序列发生器的核心。本部分将全面介绍FSM的设计方法论。首先，区分Mealy型和Moore型FSM的结构特点、状态图、状态表以及它们在电路中的差异。接着，详细指导读者如何将状态图转化为Verilog 代码，包括状态寄存器、下一个状态逻辑和输出逻辑的描述。 本书将通过多个实际案例来深化对FSM的理解，例如序列检测器（如检测特定输入序列）、交通灯控制器、以及简单的状态机驱动的数据通路控制器。在Verilog 实践中，我们将展示如何使用参数（`parameter`）来定义状态编码，以及如何组织代码以提高可读性和可综合性。如何有效利用三段式FSM（状态寄存器、组合逻辑次态译码、输出逻辑）模板，将是本部分强调的实践技巧。 第五部分：同步电路设计、时序与系统整合 随着复杂度的提升，系统级的同步性变得至关重要。本部分将讨论如何设计多周期系统和同步系统。时钟域交叉（Clock Domain Crossing, CDC）问题是现代多速率系统中不可避免的挑战，本书将介绍基本的同步方法，如单比特握手协议和双端口RAM的应用，以安全地在不同时钟域间传递数据。 脉冲的产生与整形，如频率分频器、占空比控制器、以及简单的频率合成器的设计，也将被纳入讨论。如何使用Verilog 来模拟和分析时钟偏移（Skew）和毛刺（Glitch）的影响，是确保硬件可靠性的关键。 最后，本书将引导读者学习如何将前面学到的所有模块——组合逻辑、时序逻辑和FSM——整合到一个完整的、结构化的数字系统中。通过系统级的模块化设计（Top-Down Design Methodology），读者将掌握大型数字系统分解、接口定义以及顶层模块例化和连接的实用技能。 附录：Verilog 语言的高级特性与实践环境 附录部分将提供针对初学者的Verilog 语法参考，特别是关于数据类型、运算符、过程块的详细说明。它还将介绍仿真（Simulation）和综合（Synthesis）的基本流程。随书附带的光碟内容将提供所有范例代码的源代码文件，并附带简要的编译和仿真指南，帮助读者立即上手验证所学概念。本书旨在成为一本兼具理论深度和工程实践价值的教材。

第一章　数位逻辑电路设计的沿革与实现 1-1
1-1　数位逻辑电路设计的沿革 1-1
1-2　数位逻辑控制电路的实现方式 1-11
1-3　晶片规划方式 1-12
1-4　verilog硬体描述语言 1-14
1-5　晶片设计流程 1-16
第一章　自我练习与评量 1-19
第一章　自我练习与评量解答 1-20

第二章　verilog的程式结构、资料型态、描述风格、识别字与保留字 2-1
2-1　verilog语言的程式结构 2-1
2-2　註解栏comment 2-4
2-3　连接埠port 2-5
2-4　资料型态data type 2-8
2-5　数值资料表示法 2-22
2-6　verilog语言的四种描述风格 2-25
2-7　识别字与保留字 2-35
第二章　自我练习与评量 2-37
第二章　自我练习与评量解答 2-38

第三章　可以用于电路合成的verilog运算 3-1
3-1　持续指定continuous assignment 3-1
3-2　算述运算arithmetic 3-6
3-3　移位运算shift 3-10
3-4　逻辑位元运算logical bitwise 3-12
3-5　逻辑精简运算logical reduction 3-15
3-6　关系运算relation 3-18
3-7　逻辑事件运算logical event 3-24
3-8　条件运算condition 3-26
3-9　连结与复制运算 3-32
3-10 verilog各种运算的优先顺序 3-36
第三章　自我练习与评量 3-38
第三章　自我练习与评量解答 3-39

第四章　资料流描述与组合电路 4-1
4-1　共时性与顺序性 4-1
4-2　以持续指定描述真值表 4-2
4-3　以条件叙述实现组合电路 4-14
4-4　结论 4-28
第四章　自我练习与评量 4-30
第四章　自我练习与评量解答 4-34

第五章　行为模式叙述与序向电路 5-1
5-1　顺序性与序向电路 5-1
5-2　always区块叙述 5-2
5-3　if叙述 5-8
5-4　case叙述 5-38
5-5　程序指定procedural assignment 5-62
5-6　各种计数器 5-69
5-7　各种移位与旋转暂存器 5-83
5-8　SN74xxx系列的晶片设计 5-90
第五章　自我练习与评量 5-102
第五章　自我练习与评量解答 5-116

第六章　元件、回圈、函数与任务 6-1
6-1　结构化与模组化 6-1
6-2　元件component 6-2
6-3　重复性叙述 6-30
6-4　函数function 6-45
6-5　任务task 6-55
第六章　自我练习与评量 6-66
第六章　自我练习与评量解答 6-75

第七章　编译器指令与状态机器 7-1
7-1　编译器指令compiler directives 7-1
7-2　Moore与Mealy状态机 7-17
第七章　自我练习与评量 7-34
第七章　自我练习与评量解答 7-45

附录　如何撰写测试平台程式 附-1

评分☆☆☆☆☆

对于许多刚接触数位逻辑设计的同学来说，Verilog可能是一道难以逾越的门槛。这本书则有效地降低了这个门槛。它没有一开始就堆砌大量的Verilog代码，而是先从数位逻辑的基本原理讲起，然后循序渐进地引入Verilog。这种教学方式，让学习者能够先建立起对数位逻辑系统的整体认识，再学习如何用Verilog来描述它们。 最让我印象深刻的是，书中对于一些常用数位逻辑模块的Verilog实现，比如计数器、移位寄存器、锁相环等，都给出了非常详细的讲解和示例。而且，光碟里的范例程式，质量都很高，直接拿来就可以用，也可以作为自己编写程式的参考。我发现，通过反复阅读书本上的理论，并对照光碟中的程式进行修改和实验，我的Verilog编程能力有了显著的提升。这本书就像一位循循善诱的老师，一步步地引导我进入数位逻辑设计的奇妙世界。

评分☆☆☆☆☆

当初买这本书，主要是被“使用Verilog(附范例程式光碟)”这个副标题吸引。因为我一直觉得，数位逻辑设计的光有理论是不够的，必须要有实际的编码经验才能真正掌握。这本书在这方面做得非常出色。书中的理论讲解清晰易懂，而且紧密结合Verilog的语法和特性。我感觉作者在编写这本书的时候，是站在初学者的角度来考虑的，所以很多地方都解释得非常细致。 光碟里的范例程式，绝对是这本书的“点睛之笔”。我试着跟着书中的例子，用ModelSim或者Vivado去仿真和综合，结果非常顺利。这些程式不仅可以帮助我理解书本上的理论，还能让我直接看到设计的结果，这对于巩固知识非常有帮助。特别是对于一些抽象的概念，例如时序逻辑中的亚稳态问题，书本上的讲解加上程式的仿真，立刻就能让我豁然开朗。这本书让我感觉，学习数位逻辑设计不再是一件枯燥的事情，而是充满乐趣的探索过程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，真的让我这个在台湾的电子工程系学生有种“久旱逢甘霖”的感觉。市面上关于数位逻辑设计的教材不少，但真正能把理论和实际应用结合得这么好的，确实不多见。作者在讲解基本概念的时候，总是能点到关键，而且不会让人觉得枯燥乏味。尤其是那些概念，比如时序逻辑、组合逻辑，在书里都有非常清晰的阐述，再搭配上光碟里的范例程式，我感觉自己就像在实验室里一样，可以亲手去实现那些理论。 最让我惊喜的是，这本书并没有把Verilog当成一个独立的语言来教，而是紧密地围绕着数位逻辑设计的核心概念展开。这意味着，我学到的不仅仅是Verilog的语法，更是如何利用Verilog去描述和实现一个数位系统。这一点对于我们这些将来要从事IC设计或者嵌入式系统开发的同学来说，至关重要。光碟里的范例程式，从简单的逻辑门到复杂的状态机，覆盖的范围很广，而且代码写得都很规范，易于理解和修改。我经常会把书本上的例子，在自己的电脑上运行一遍，然后尝试去修改参数，看看会发生什么变化，这个过程非常有成就感。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对数位逻辑设计颇感兴趣的业余爱好者，我发现市面上很多书籍要么过于偏学术，要么就是零散的应用技巧。而这本书，恰恰填补了我在这方面的空白。它将抽象的数位逻辑概念，通过Verilog这个强大的描述语言，变得生动具体。我尤其欣赏作者在讲解过程中，对每一个Verilog语句和结构都进行了深入的剖析，让我不再是死记硬背语法，而是理解了背后的逻辑。 光碟里的范例程式，更是让我爱不释手。我经常会在周末的时候，一边阅读书本，一边打开光碟里的程式进行测试和修改。书本上的理论讲解，通过程式的运行，立刻就能得到验证，这让我非常有成就感。尤其是关于FPGA实现的部分，书本上给出的指导和范例，让我感觉离实际硬件设计更近了一步。对于想从理论走向实践的读者来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一条清晰的学习路径和宝贵的实践资源。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在职的电子工程师，我一直在寻找一本能够帮助我巩固数位逻辑基础，并且能够快速上手Verilog实践的书籍。这本书无疑满足了我的需求。市面上的很多Verilog书籍，要么过于理论化，要么过于偏重应用而忽略了基础。这本书则找到了一个很好的平衡点。它在讲解每个数位逻辑概念的同时，会立刻给出相应的Verilog实现方式，并且配有详细的解释。 我特别喜欢书中的一些案例分析，比如关于状态机设计的部分，作者循序渐进地展示了如何从需求分析到最终的Verilog代码实现，中间涉及到了状态图、状态转换表等关键步骤。光碟里的范例程式，对于我验证这些设计思路非常有帮助。而且，这本书的语言风格也比较亲切，不会让人觉得生硬难懂。即使是一些比较复杂的概念，也能通过书中的图示和范例程式，变得直观易懂。对于我这种需要不断学习新知识的人来说，这本能够指导我快速实践的书籍，真的非常宝贵。