Verilog HDL与FPGA数字系统设计 第2版

定　　价：99 元

丛书名：电子与嵌入式系统设计丛书

• 作者：主编罗杰
• 出版时间：2022/3/1
• ISBN：9787111575757
• 出 版 社：机械工业出版社

• 中图法分类：TP332.1 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开

内容简介

本书是根据数字技术的发展和EDA课程教学要求，以及作者多年教学与实践经验的基础上而编写的，目标是快速地提高读者的数字电路（或系统）设计能力。内容覆盖了数字逻辑基础、Verilog HDL基础知识与建模方法、有限状态机设计、可编程逻辑器件及其开发工具、数字电路与系统设计实例、静态时序分析工具以及可编程片上系统等相关知识。
本书将数字逻辑设计和Verilog HDL有机地结合在一起，以可综合的Verilog设计为重点，方便读者快速地掌握Verilog HDL建模方法，以及用FPGA实现数字电路（或系统）的技巧。本书以Quartus Prime 18.1等软件为工具，所有程序都通过了DE2-115（或DE1-SOC）开发板的硬件测试，读者可参考使用。
本书可用作高等院校电气信息类等专业本、专科生的教材或教学参考书，也可以作为电子技术课程设计、电子设计大赛或数字系统设计工程技术人员学习EDA技术的参考书。

编辑推荐

1.华中科技大学全国大学生电子设计竞赛培训教材。2.将数字电路和Verilog HDL相互结合，用FPGA实现电路，实践性强。3.配合在大学中广泛使用的FPGA平台，课程资源和实例丰富，便于老师开设新课程。教辅资源（PPT、实例代码等）可以在华章图书网站该书的链接下载。

序 言

《Verilog HDL与FPGA数字系统设计》一书自2015年出版以来，得到了广大读者的关心与支持，已经重印9次。但是，随着FPGA/CPLD数字系统设计技术的飞速发展，原书中有些内容已显得陈旧。因此，这一版本在初版的基础上主要进行了如下修订：
1）更新了部分FPGA器件内容，新增可编程片上系统（System On Programmable Chip，SOPC）技术的硬件及软件开发。为压缩篇幅，删除了第1版第10章“异步串口通信及UART实现”。
2）全面梳理，更正错误和疏漏，完善内容；改写了部分示例代码，使之更规范，增加了若干示例。本书所有Verilog代码均经过实际的下载和验证，FPGA开发平台为DE2-115和DE1-SOC。
3）本书以Quartus Prime 18.1和ModelSim 10.5b等设计软件为工具。
目前，硬件描述语言和FPGA设计技术在教学、科研和大学生电子设计竞赛等各种赛事活动中起着重要作用，很多学校单独开设“EDA技术”课程，以便学生能够掌握这些技术。本书可作为EDA技术、FPGA开发或数字系统设计方面的入门教材，并且不要求读者掌握数字电路基础知识。
参加本版修订工作的有华中科技大学的罗杰（第1～5章，第7、8章及附录）和王贞炎（第10章），武汉工程大学的杨志芳（第6、9章），中南民族大学的陈军波（第11、12章）。罗杰为主编，负责全书的策划、组织和定稿。
本书在修订过程中，得到华中科技大学教务处的立项支持，还得到Intel FPGA大学计划部经理袁亚东先生的帮助，在此表示衷心的感谢。由于EDA技术发展速度快，各种FPGA器件不断更新换代，加之编者水平有限，书中一定会有疏漏和不妥之处，欢迎广大读者批评指正，并帮助我们不断改进。您可以发送邮件到[e-mail]，我们会阅读所有来信，并尽快给予回复。

编者
2021年8月

目 录

前言
第1版前言
教学建议
篇　数字系统基础
第1章　数字逻辑设计基础 / 2
本章目的 / 2
1.1　数制及其相互转换 / 2
1.1.1　数制 / 2
1.1.2　不同进制数的相互转换 / 4
1.2　二进制代码 / 5
1.2.1　二-十进制编码 / 5
1.2.2　格雷码 / 6
1.2.3　奇偶校验码 / 8
1.2.4　ASCII字符编码 / 9
1.3　逻辑运算及逻辑门 / 11
1.3.1　基本逻辑运算 / 11
1.3.2　常用复合逻辑运算 / 14
1.3.3　集成逻辑门电路简介 / 15
1.3.4　三态门 / 20
1.4　逻辑代数的基本公式和规则 / 21
1.4.1　逻辑代数的基本定律和恒等式 / 21
1.4.2　逻辑代数的基本规则 / 22
1.4.3　逻辑函数表达式的形式 / 23
1.5　逻辑函数的代数化简法 / 25
1.6　逻辑函数的卡诺图化简法 / 26
1.6.1　逻辑函数的小项及其性质 / 26
1.6.2　逻辑函数的小项表达式 / 27
1.6.3　用卡诺图表示逻辑函数 / 28
1.6.4　用卡诺图化简逻辑函数 / 31
1.6.5　用卡诺图化简含无关项的逻辑函数 / 33
1.7　组合逻辑电路设计 / 35
1.7.1　设计组合逻辑电路的一般步骤 / 35
1.7.2　组合逻辑电路设计举例 / 36
小结 / 40
习题 / 40
第2章　Verilog HDL入门与功能仿真 / 42
本章目的 / 42
2.1　硬件描述语言简介 / 42
2.1.1　硬件描述语言的起源 / 42
2.1.2　硬件描述语言的特点 / 43
2.2　Verilog HDL程序的基本结构 / 44
2.2.1　Verilog HDL模块组成 / 44
2.2.2　Verilog HDL模块举例 / 45
2.3　编写测试模块 / 47
2.4　ModelSim仿真软件的使用 / 49
2.4.1　创建工作目录 / 50
2.4.2　输入源文件 / 50
2.4.3　建立工作库 / 50
2.4.4　编译设计文件 / 50
2.4.5　将设计文件载入仿真器 / 52
2.4.6　运行仿真 / 53
2.4.7　调试结果 / 54
2.5　Verilog HDL基本语法规则 / 57
2.5.1　词法规定 / 57
2.5.2　逻辑值集合 / 57
2.5.3　常量及其表示 / 58
2.5.4　数据类型 / 60
2.6　编译指令、系统任务和系统函数 / 67
2.6.1　Verilog HDL编译器指令 / 67
2.6.2　Verilog HDL系统任务 / 69
2.6.3　Verilog HDL系统函数 / 71
小结 / 72
习题 / 73
第3章　组合逻辑电路建模 / 74
本章目的 / 74
3.1　Verilog HDL门级建模 / 74
3.1.1　多输入门 / 74
3.1.2　多输出门 / 76
3.1.3　三态门 / 76
3.1.4　门级建模举例 / 77
3.2　Verilog HDL数据流建模 / 79
3.2.1　数据流建模 / 79
3.2.2　表达式与操作数 / 82
3.2.3　运算符 / 82
3.2.4　运算符的优先级别 / 87
3.3　组合电路的行为级建模 / 88
3.4　分层次的电路设计方法 / 96
3.4.1　设计方法 / 96
3.4.2　模块实例引用语句 / 98
3.4.3　迭代结构 / 100
3.5　常用组合电路及其设计 / 102
3.5.1　编码器 / 103
3.5.2　二进制译码器 / 104
3.5.3　七段显示译码器 / 106
3.5.4　二进制数与8421码的转换 / 108
小结 / 115
习题 / 115
第4章　时序逻辑电路建模 / 119
本章目的 / 119
4.1　锁存器 / 119
4.1.1　基本SR锁存器 / 119
4.1.2　门控D锁存器 / 121
4.1.3　门控D锁存器的Verilog HDL建模 / 122
4.2　触发器 / 123
4.2.1　D触发器的逻辑功能 / 123
4.2.2　有清零输入和预置输入的D触发器 / 124
4.2.3　有使能端的D触发器 / 125
4.2.4　时序逻辑电路建模基础 / 126
4.2.5　D触发器及其应用电路的建模 / 128
4.3　寄存器和移位寄存器 / 131
4.3.1　寄存器建模 / 131
4.3.2　移位寄存器建模 / 132
4.3.3　移位寄存器应用电路建模 / 136
4.4　同步计数器 / 138
4.4.1　同步计数器的设计 / 138
4.4.2　同步计数器的Verilog HDL建模 / 142
4.5　Verilog HDL函数与任务的使用 / 146
4.5.1　函数说明语句 / 146
4.5.2　任务说明语句 / 149
4.6　m序列码产生电路设计 / 151
小结 / 155
习题 / 156
第5章　有限状态机设计 / 158
本章目的 / 158
5.1　状态机的基本概念 / 158
5.1.1　状态机的基本结构及类型 / 158
5.1.2　状态机的状态图表示法 / 159
5.1.3　状态机的设计步骤 / 160
5.2　基于Verilog HDL的状态机描述方法 / 160
5.2.1　状态图的建立过程 / 160
5.2.2　状态图的描述方法 / 161
5.3　状态机设计中的关键技术 / 165
5.3.1　状态编码 / 165
5.3.2　消除输出端产生的毛刺 / 166
5.3.3　使用One-Hot编码方案设计状态机 / 168
5.4　状态机设计举例 / 170
5.4.1　十字路口交通灯控制电路设计 / 170
5.4.2　汽车尾灯控制电路设计 / 176
小结