FPGA/CPLD 数位电路设计入门与实务应用：使用QuartusⅡ(第五版)(附系统.范例光碟) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书是一本简单、易懂的数位电路设计及应用。书中软体是以QuartusII5.1版做为开发平台并运用到数位电路设计。将理论数位电路与现今的FPGA/CPLD，透过电脑辅助设计工具相结合，使读者可以应用各种编辑技术设计晶片外，更让读者了解如何将FPGA/CPLD应用在电子游戏领域之晶片上。本书共有七章:包括QuartusII软体安装及设计简介、算术逻辑电路设计、组合逻辑电路设计、计数器及除频器设计、综合练习设计、综合应用专题以及具有Audio音效乒乓球游戏实作等介绍。适用于大学、科大电子、电机、资工系「数位电路设计」、「数位系统设计」课程使用。

本书特色

　　1.本书可使读者了解如何使用(1)AHDL以及VHDL硬体描述语言(2)VerilogHDL硬体描述语言的方式设计FPGA/CPLD数位晶片。

　　2.教导读者知道应用各种编辑技术设计晶片，也让读者了解如何将FPGA/CPLD应用在电子游戏领域之晶片设计上。

　　3.此书详细说明QuartusⅡ软体操作方法与电路设计方式。

好的，请看以下根据您的要求撰写的图书简介，该简介内容不包含《FPGA/CPLD数位电路设计入门与实务应用：使用QuartusⅡ（第五版）（附系统.范例光碟）》中的具体内容，并力求详细、自然。 --- 创新驱动的现代电子系统设计基石：嵌入式系统与高性能计算导论 面向未来技术的深度探索与实践指南 在当今信息技术飞速发展的时代，电子系统正以前所未有的速度向着更高集成度、更强处理能力和更灵活可重构性的方向迈进。无论是物联网（IoT）的普及、人工智能（AI）的爆发式增长，还是高速通信和边缘计算的崛起，都对底层硬件设计和系统实现能力提出了严峻的挑战。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，聚焦于现代嵌入式系统架构、高性能计算硬件实现原理以及面向特定领域的电路设计方法论，是连接理论知识与工程实践的关键桥梁。 本书的核心关注点在于构建读者对新一代电子系统设计流程的整体认知和核心技术掌握，特别是那些不依赖于特定厂商特定工具链的普适性原理和方法。我们摒弃了对单一芯片族或特定开发环境的过度依赖，转而强调通用的设计思维、高效的软硬件协同机制以及面向未来技术趋势的预判能力。 第一部分：现代嵌入式系统架构与设计范式 本部分深入剖析了当前主流嵌入式系统的核心构成要素、演进历程及其关键技术瓶颈。我们不再局限于传统的微控制器（MCU）范畴，而是将视野扩展至包含异构计算单元的复杂系统级芯片（SoC）架构。 1.1 异构计算时代的系统划分与接口标准 详细阐述了CPU、GPU、DSP以及专用加速器（如NPU、VPU）在现代系统中的角色划分。重点解析了不同处理单元之间的高速互联技术，如AMBA AXI/ACE总线协议的最新发展、CXL（Compute Express Link）在内存一致性方面的突破，以及PCIe在系统扩展中的核心地位。我们将探讨如何在不同性能需求下，科学地进行功能划分，决定哪些逻辑应固化为硬件，哪些应通过软件实现。 1.2 实时操作系统（RTOS）与裸机编程的深度对比 探讨了主流RTOS（如FreeRTOS, Zephyr等）的任务调度机制、内存管理策略以及中断处理流程。通过实际案例分析，展示如何在资源受限的环境下优化任务优先级和上下文切换开销。同时，深入讲解裸机编程中关键的外设初始化、时钟树配置和低功耗模式管理，强调对硬件寄存器层面的直接控制能力，这是理解一切上层软件运行基础的关键。 1.3 低功耗设计与电源管理策略 随着移动和边缘设备的普及，功耗已成为决定产品成败的关键因素之一。本节详细介绍从系统级到门级的低功耗设计技术，包括动态电压与频率调节（DVFS）、时钟门控、电源门控（Power Gating）的原理与实现。重点分析了不同工作模式（睡眠、待机、运行）下的功耗预算分配和唤醒机制的设计。 第二部分：高性能数字逻辑设计与验证方法论 现代数字电路设计，尤其是面向专用加速器的设计，要求设计者具备超越传统逻辑门级的抽象和验证能力。本部分聚焦于高效的硬件描述语言（HDL）应用、综合优化以及系统级验证的流程。 2.1 高级硬件描述语言的应用进阶 本书不侧重于基础语法教学，而是专注于高级并发结构、时序约束的精确表达以及可综合性设计模式的构建。我们将探讨如何利用SystemVerilog的高级特性（如抽象类、约束随机化）来描述复杂的接口和验证环境。重点分析时序逻辑（Sequential Logic）的设计陷阱，如亚稳态（Metastability）的消除、异步复位与同步复位的最佳实践。 2.2 时序分析与静态时序验证（STA）的深入解读 时序收敛是任何高速数字设计的核心挑战。本部分将详尽解析时钟域交叉（CDC）的处理方法，包括不同类型同步器（如单比特、多比特握手信号）的设计与验证。深入讲解建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的计算模型，以及如何通过优化布局布线前的逻辑综合约束来指导后端实现，以满足严苛的系统时钟频率要求。 2.3 硬件验证的系统化方法 强调“设计即测试”的理念。我们将介绍基于事务级的模型（Transaction Level Modeling, TLM）构建虚拟原型的方法，用于在软件层面尽早发现架构缺陷。深入探讨功能覆盖率（Functional Coverage）和代码覆盖率的收集与分析，确保设计的验证完整性。重点解析经典的验证平台架构（如UVM/OVM的应用原则，不涉及特定验证平台的具体代码实现），侧重于验证环境的模块化和可重用性。 第三部分：面向特定领域的加速器设计与应用 本部分将理论知识与前沿应用相结合，探讨如何针对特定算法或数据流，设计出高效的定制化硬件加速器。 3.1 流水线与并行化技术在数据通路中的应用 详细分析深流水线（Deep Pipelining）的设计原理及其对吞吐量和延迟的影响。探讨如何将串行算法转化为并行结构，如循环展开（Loop Unrolling）、数据级并行（Data-Level Parallelism）和指令级并行（Instruction-Level Parallelism）在硬件描述中的实现技巧。 3.2 内存访问优化与数据预取策略 在现代系统中，计算速度往往快于数据搬运速度（“内存墙”问题）。本节重点研究如何优化数据访问模式，包括缓存一致性协议的基本概念、局部性原理的应用，以及设计专用DMA（直接内存访问）控制器以减少CPU干预。探讨如何通过合理的存储器层次结构设计，最大限度地隐藏访存延迟。 3.3 软/硬件协同设计中的接口协议实现 阐述了如何实现标准化的外部接口，例如USB、Ethernet MAC等，并聚焦于这些协议在硬件层面的状态机设计和数据包处理流程。分析了如何构建高效的驱动程序（软件部分）与硬件逻辑（硬件部分）之间的数据交换接口，确保系统间高效可靠的通信。 总结与展望 本书旨在培养读者成为能够驾驭复杂、高性能电子系统的独立设计者和架构师。我们提供的是一种跨平台、重原理、强调系统思维的设计方法论。通过对底层机制的深刻理解和对先进验证流程的掌握，读者将具备快速适应未来技术变革（如量子计算接口、新型存储技术等）的坚实基础，从而在竞争激烈的电子工程领域占据先机。全书内容聚焦于方法论、原理与架构，为读者构建一套强大的、可迁移的数字系统设计知识体系。

第1章　QuartusII软体安装及设计流程简介

1.1　  QuartusII软体安装 1-1
1.2　  QuartusII软体介绍 1-11
1.3　  QuartusII软体基本功能介绍 1-13
1.3.1　电路图编辑(Schematic Editor) 1-13
1.3.2　文字编辑(Text Editor) 1-14
1.3.3　专案编译(Compiler) 1-15
1.3.4　波形编辑(Waveform Editor) 1-15
1.3.5　波形模拟(Waveform Simulator) 1-16
1.3.6　接脚编辑(Pin Assignment Editor) 1-16
1.3.7　烧录(Programmer) 1-17
1.3.8　专案内次模组(Sub-Module)之个别编译 1-17
1.4　  硬体描述语言(HDL)介绍 1-20
1.4.1　程式架构 1-20
1.4.2　运算操作与层次化设计的使用 1-25

第2章　算术逻辑电路设计

2.1　  半加器(Half Adder) 2-1
2.1.1　电路图编辑半加器 2-2
2.1.2　AHDL编辑半加器 2-10
2.1.3　VHDL编辑半加器 2-12
2.1.4　模拟半加器 2-16
2.2　  全加器(Full Adder) 2-21
2.2.1　电路图编辑全加器 2-21
2.2.2　AHDL编辑全加器 2-24
2.2.3　VHDL编辑全加器 2-26
2.2.4　模拟全加器 2-27
2.3　  四位元加法器(4 Bits Adder) 2-29
2.3.1　电路图编辑四位元加法器 2-30
2.3.2　AHDL编辑四位元加法器 2-34
2.3.3　VHDL编辑四位元加法器 2-36
2.3.4　模拟四位元加法器 2-38
2.4　  四位元乘法器 2-39
2.4.1　电路图编辑四位元乘法器 2-41
2.4.2　AHDL编辑四位元乘法器 2-45
2.4.3　使用MegaWizard建立四位元乘法器 2-47
2.4.4　VHDL编辑四位元乘法器 2-53
2.4.5　模拟四位元乘法器 2-55

第3章　组合逻辑电路设计

3.1　  4对1多工器(4 to 1 Multiplexer) 3-1
3.1.1　使用MegaWizard建立4对1多工器 3-2
3.1.2　电路图编辑4对1多工器 3-7
3.1.3　AHDL编辑4对1多工器 3-9
3.1.4　VHDL编辑4对1多工器 3-11
3.1.5　模拟4对1多工器 3-13
3.2　  1对4解多工器(1 to 4 Demultiplexer) 3-15
3.2.1　电路图编辑1对4解多工器 3-16
3.2.2　AHDL编辑1对4解多工器 3-19
3.2.3　VHDL编辑1对4解多工器 3-21
3.2.4　模拟1对4解多工器 3-22
3.3　  七段显示器构造 3-24
3.3.1　AHDL编辑七段显示解码器 3-26
3.3.2　VHDL编辑七段显示解码器 3-29
3.3.3　模拟七段显示解码器 3-31

第4章　计数器及除频器设计

4.1　  10模计数器设计 4-1
4.1.1　AHDL编辑10模计数器 4-2
4.1.2　VHDL编辑10模计数器 4-4
4.1.3　模拟10模计数器 4-9
4.2　  60模计数器设计 4-11
4.2.1　AHDL编辑60模计数器 4-11
4.2.2　VHDL编辑60模计数器 4-14
4.2.3　模拟60模计数器 4-20
4.3　  24模计数器设计 4-22
4.3.1　AHDL编辑24模计数器 4-22
4.3.2　VHDL编辑24模计数器 4-25
4.3.3　模拟24模计数器 4-31
4.4　  除频器设计 4-32
4.4.1　AHDL编辑除100之除频器 4-33
4.4.2　VHDL编辑除100之除频器 4-35

评分☆☆☆☆☆

拿到這本書，就像是拿到了一張進入數位邏輯世界的精緻地圖，而且還有附贈的「 GPS 導航系統」！書中的內容組織非常有條理，循序漸進，從最基礎的邏輯閘，一路帶到複雜的狀態機設計，每一個環節都銜接得非常自然，讓人讀起來不會有斷層感。 我特別喜歡它對於「原理」和「實作」之間平衡掌握得這麼好。它不會為了講原理而講原理，也不會為了講實作而省略重要的概念。在介紹完一個理論知識後，緊接著就會有對應的實例，讓你立刻驗證所學。而且，作者在解釋一些比較繞的概念時，會用不同的角度去說明，有時候是圖示，有時候是程式碼的對比，總之，就是想盡辦法讓你理解。 書中對於「最佳實踐」和「除錯技巧」的分享，更是讓我受益匪淺。它不只是教你怎麼做，還教你怎麼「做好」。像是如何寫出清晰易懂的Verilog/VHDL程式碼，如何進行有效的時序分析，以及在遇到問題時，如何系統性地找出錯誤的原因。這些實務經驗的分享，是很多純理論書籍所無法提供的。總之，這本書就像是一位經驗豐富的老師，耐心地引導著你，讓你能夠一步步地掌握FPGA/CPLD的設計精髓，並且充滿信心地去挑戰更複雜的專案。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到這本《FPGA/CPLD 数位电路设计入门与实务应用：使用QuartusⅡ(第五版)》，整個心情超嗨的！身為一個對電子工程充滿好奇，但又覺得FPGA這種東西有點遙不可及的學生，這本書根本就是我的救星！ 翻開第一頁，就感覺作者非常了解我們這些新手小白的痛點。一開始的介紹，不是直接丟一堆專業術語，而是用很親切、很生活化的方式，解釋什麼是FPGA、CPLD，它們跟傳統的IC到底有什麼不一樣，還有為什麼現在的電子產品越來越多都用它們。像是把FPGA比喻成一個可以重新組裝的積木，而CPLD就像是更小巧、更專精的積木，這個比喻真的太有畫面感了！而且，它還會帶你了解為什麼學習FPGA/CPLD在現今科技發展這麼重要，從物聯網到AI，處處都有它們的蹤影。最棒的是，它還很誠實地告訴我們，學習這個東西可能會遇到哪些挑戰，但同時也給了我們信心，只要跟著書的步驟，一步步來，就能克服。這讓我在還沒開始動手之前，就已經對接下來的學習旅程充滿了期待，感覺自己好像真的可以駕馭這個強大的技術了！

评分☆☆☆☆☆

我真的要強力推薦這本《FPGA/CPLD 数位电路设计入门与实务应用：使用QuartusⅡ(第五版)》給所有對數電和FPGA有興趣的台灣朋友！尤其是剛接觸這個領域，或者覺得市面上其他教材太過艱澀難懂的朋友，這本書絕對會讓你眼睛一亮。 它的優點真的太多了，前面也提了不少。不過，我特別想強調的是，作者在敘述的邏輯和語言的選擇上，真的下了很多功夫。他會適時地穿插一些比喻，讓抽象的概念變得容易理解，而且語氣非常親切，不會讓人覺得高高在上。同時，書中對於一些進階概念的鋪陳也很自然，不是突然蹦出來，而是循序漸進地引導讀者進入狀況。 對於我們這些在台灣的學習者來說，能夠有一本這樣紮實、又貼近教學需求的中文教材，真的非常難得。市面上雖然也有其他類似的書籍，但很多都偏向理論，或是需要有一定基礎才能看懂。這本則是非常適合從零開始，或者想要系統性地學習FPGA/CPLD設計的人。它讓你明白，原來這個聽起來很厲害的技術，是可以透過有系統的學習和實作，慢慢掌握的。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我讚賞的一點，就是它對Quartus II軟體的引導，根本就是手把手的教學！我之前試著自己摸索過一些軟體，常常搞得一團亂，不知道從何下手。但這本書不一樣，它把Quartus II的操作流程拆解得非常細緻，從軟體的安裝、專案的建立，到程式碼的撰寫、編譯、下載，每一個步驟都附有詳細的截圖，而且文字說明也很清楚，不會讓你感到迷失。 特別是對於那些第一次接觸Quartus II的新手來說，書裡面的範例都非常經典，像是LED閃爍、簡單的加法器、七段顯示器驅動等等，這些都是最基礎、最能幫助我們建立概念的實驗。作者不僅教你怎麼寫程式碼，更重要的是，他還會解釋為什麼要這樣寫，程式碼的每一個部分代表什麼意思，以及如何利用軟體來觀察電路的運行情況。透過這些實作，我第一次親身體驗到，原來寫出來的程式碼，真的可以讓硬體動起來！這種成就感，是任何理論書都無法給予的。而且，書中還會提到一些除錯的小技巧，當你的電路跑不動的時候，知道該從哪裡下手去尋找問題，真的超級重要。

评分☆☆☆☆☆

在閱讀這本《FPGA/CPLD 数位电路设计入门与实务应用》的過程中，我最大的感受就是作者對“實務應用”這塊的強調，真的貫徹得非常徹底。它不只是停留在理論的介紹，而是不斷地告訴我們，學到的這些知識，在實際的專案開發中，到底能派上什麼用場。 書裡面的案例，從簡單的個人專案，到一些比較貼近實際產品的小應用，都設計得相當有參考價值。像是它有提到如何設計一個簡單的數位時鐘，或者如何控制一個步進馬達，這些都不是遙不可及的複雜系統，而是我們在學習過程中，很有機會實際動手完成的專案。更重要的是，作者在講解這些範例時，都會融入一些工程師在開發時會考慮到的點，例如如何優化電路效能、如何考量功耗、以及如何讓程式碼更具可讀性和可維護性。這些細節，雖然在入門階段可能不會馬上顯現出它的重要性，但隨著學習的深入，你會發現這些累積的觀念，將會對你未來進行更複雜的專案設計，打下非常扎實的基礎。感覺這本書不只是在教你技術，更是在傳授一種解決問題的思維模式。