基于Xilinx Vivado的数字逻辑实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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廉玉欣等编著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121294952

商品编码：10605067931

出版时间：2016-08-01

作  者:廉玉欣 等 编著 定  价:59 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2016年08月01日 页  数:361 装  帧:平装 ISBN:9787121294952 ●第1章 硬件开发平台介绍1
●1.1 Xilinx FPGA器件1
●1.1.1 Xilinx公司简介1
●1.1.2 Xilinx的FPGA器件系列2
●1.2 Xilinx大学计划板卡5
●1.3 主电路及外围接口电路6
●1.4 XUP板卡测试21
●第2章 软件平台介绍23
●2.1 Vivado设计套件23
●2.1.1 Vivado软件安装流程24
●2.1.2 IP封装器、集成器和目录28
●2.1.3 标准化XDC约束文件29
●2.1.4 工程命令语言29
●2.1.5 Vivado设计套件的启动方法30
●2.1.6 Vivado设计套件的界面31
●2.2 FPGA设计流程37
●2.2.1 Vivado套件的设计流程37
●2.2.2 设计综合流程39
●2.2.3 设计实现流程42
●2.3 硬件描述语言45
●部分目录

内容简介

本书以Xilinx公司的Vivado FPGA设计套件为基础，以Xilinx大学计划（Xilinx University Program，XUP）的Artix-7板卡为硬件平台，将数字逻辑设计与硬件描述语言Verilog HDL相结合，循序渐进地介绍了基于Xilinx Vivado的数字逻辑实验的基本过程和方法。本书主要内容包括硬件开发平台介绍、软件平台介绍、FPGA设计实例、组合逻辑电路实验、时序逻辑电路实验、数字逻辑设计和接口实验及数字逻辑综合实验。书中包含大量的设计实例，内容翔实、系统、全面。 廉玉欣 等 编著 廉玉欣，2002年7月，哈尔滨工业大学电气工程系本科毕业，获工学学士学位；2005年3月，哈尔滨工业大学深圳研究生院电力电子与电力传动专业硕士研究生毕业，获工学硕士学位；现任电工电子实验教学中心电子学实验室主任，主要从事实验教学和日常管理工作。近年来，获国家教学成果一等奖1项，获黑龙江省教学成果一等奖2项，作为主讲教师建设重量精品课程1门，作为第二负责人完成重量精品资源共享课立项。主持校级教学改革项目2项，参与省部级以上教学研究项目4项，主编教材1部，参编教材2部，发表教学研究文章6篇。

数字逻辑设计：从理论到实践的深度探索 本书致力于为读者提供一套全面、深入的数字逻辑设计学习体系。我们并非简单罗列理论概念，而是着眼于如何将抽象的逻辑原理转化为实际可运行的电路，并最终实现复杂的功能。本书将带领您穿越数字逻辑设计的核心区域，从最基础的逻辑门操作，逐步升级到微处理器架构的设计与验证，旨在培养您独立解决复杂数字系统问题的能力。 第一部分：逻辑基础与抽象建模 在数字逻辑的世界里，一切都建立在最基本的逻辑门之上。本书的第一部分将从布尔代数入手，它不仅仅是数学公式的堆砌，更是理解数字电路行为的语言。我们将深入探讨逻辑门的类型、真值表、逻辑表达式以及它们之间的相互转换。通过大量的实例，您将掌握如何运用逻辑门构建出简单的组合逻辑电路，例如加法器、减法器、多路选择器和译码器。 然而，仅仅掌握逻辑门是远远不够的。在现代数字系统中，我们必须学会用更高级别的抽象来描述设计。硬件描述语言（HDL）应运而生，成为数字电路设计不可或缺的工具。本书将以Verilog HDL为主，辅以SystemVerilog的一些核心特性，引导您从“门级”描述走向“行为级”和“寄存器传输级”（RTL）描述。您将学习如何用Verilog语句描述组合逻辑和时序逻辑，理解模块的实例化、参数化以及如何使用任务和函数来提高代码的可读性和复用性。 时序逻辑是数字系统的灵魂。本书将花费大量篇幅讲解触发器（D触发器、JK触发器、T触发器）、锁存器等基本时序元件，并在此基础上构建寄存器、移位寄存器、计数器等核心时序模块。您将深入理解时钟信号的作用，掌握如何设计同步和异步电路，并理解时序约束、时钟域交叉等关键概念。我们将通过分析实际电路的时序行为，帮助您理解亚稳态的产生机制及其规避方法。 第二部分：可编程逻辑器件与设计流程 理论知识必须与实践相结合，而可编程逻辑器件（PLD）正是连接理论与实践的桥梁。本书将深入介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）的内部架构，包括查找表（LUT）、触发器、布线资源以及它们的互联机制。您将了解不同FPGA厂商的架构特点，以及它们如何支持高效的逻辑实现。 在理解PLD架构的基础上，本书将详细阐述完整的数字逻辑设计流程。这包括： 需求分析与规范定义： 如何将实际应用需求转化为清晰、无歧义的设计规范。 RTL设计： 使用HDL语言编写高层次的逻辑描述。 功能仿真： 使用仿真工具验证RTL设计的逻辑功能是否正确，检测逻辑错误。您将学习如何编写激励模块，创建测试平台，并理解仿真报告的解读。 综合（Synthesis）： 将HDL代码转换为门级网表，映射到目标FPGA器件的资源上。我们将讨论综合过程中需要关注的约束，以及如何通过调整代码和约束来优化综合结果。 布局布线（Place & Route）： 将综合后的门级网表在FPGA器件的物理资源上进行映射和连接。这一阶段的优化对电路的性能（如时钟频率）和功耗至关重要。 时序分析（Timing Analysis）： 验证设计是否满足时序要求，确保在设定的时钟频率下能够稳定工作。您将学习如何解读时序报告，识别关键路径，并掌握时序优化的常用策略。 下载与硬件验证： 将设计文件下载到FPGA开发板上，并在真实硬件上进行功能和性能验证。 第三部分：高级数字系统设计专题 掌握了基础的逻辑设计和开发流程后，本书将进一步拓展您的视野，深入探讨一些高级的数字系统设计专题，这些专题在现代高性能计算、通信系统和嵌入式系统中扮演着至关重要的角色。 有限状态机（FSM）设计： FSM是描述和实现序列逻辑的强大工具。本书将详细介绍Moore型和Mealy型FSM的设计方法，如何绘制状态转换图，如何用HDL实现FSM，以及在实际应用中如何优化FSM以提高性能和降低资源消耗。我们将通过实例，如协议解析器、控制器等，展示FSM的应用。 存储器接口与访问： 现代数字系统离不开对存储器的访问。本书将探讨不同类型的存储器，如SRAM、DRAM、Flash等，以及它们的基本接口协议。您将学习如何设计存储器控制器，实现高效的数据读写操作，并理解缓存（Cache）的基本原理及其对性能的影响。 通信接口设计： 高速数据传输是现代电子系统的核心需求。本书将介绍一些常见的通信接口协议，如UART、SPI、I2C、以及更高速的接口如AXI（Advanced eXtensible Interface）。您将学习如何设计这些接口的控制器，实现数据的串行或并行传输，并理解差错检测和纠正机制。 数字信号处理（DSP）基础： DSP在许多应用中至关重要。本书将介绍数字滤波器的基本原理，如FIR和IIR滤波器，并展示如何利用FPGA实现这些滤波器。您还将接触到FFT（快速傅里叶变换）等DSP算法，并理解它们在FPGA上的实现方式。 测试与验证策略： 随着系统复杂度的增加，测试与验证变得越来越具有挑战性。本书将探讨各种测试与验证的策略，包括基于仿真的验证（如UVM）、形式验证以及在线测试（BIST）。您将了解如何构建健壮的测试环境，以确保设计的正确性和可靠性。 低功耗设计与时序优化： 在许多应用场景下，低功耗和高性能同样重要。本书将介绍一些低功耗设计技术，如时钟门控、电源门控等，并深入探讨时序优化的高级技巧，包括流水线技术、数据通路优化等，以帮助您设计出满足苛刻性能要求的系统。 第四部分：项目实践与工程能力培养 理论学习终将服务于工程实践。本书的最后一部分将专注于通过一系列精心设计的项目，将您所学的知识融会贯通，并提升您的工程实践能力。这些项目将涵盖从简单的逻辑功能实现到复杂系统的构建，例如： 设计一个简易的CPU核： 从指令集设计、数据通路构建到控制逻辑实现，您将亲手设计并验证一个可以执行基本指令的CPU。 实现一个数据采集与处理系统： 结合ADC、DAC以及DSP模块，构建一个能够采集模拟信号、进行数字处理并输出结果的系统。 开发一个通信协议栈： 实现一个简单的无线或有线通信协议，包括数据的编码、解码、传输和接收。 构建一个图像处理单元： 利用FPGA实现一些基础的图像处理算法，如灰度转换、边缘检测等。 在项目实践过程中，我们将强调以下几点： 模块化设计思想： 如何将复杂系统分解为可管理、可重用的小模块。 版本控制与团队协作： 学习使用版本控制工具（如Git），理解团队协作在大型项目中的重要性。 文档编写与知识传承： 掌握编写清晰的设计文档、用户手册和测试报告的方法。 问题诊断与调试技巧： 培养独立分析和解决设计与实现过程中遇到的问题的能力。 本书的目标是，在您完成学习后，能够自信地进行复杂的数字逻辑设计，理解从概念到实现的整个流程，并为进一步深入研究数字系统设计或相关领域打下坚实的基础。我们相信，通过理论与实践的紧密结合，您将在这段数字逻辑设计的旅程中收获满满。

评分☆☆☆☆☆

作为一名渴望在嵌入式系统开发领域深造的学生，我深知数字逻辑基础和FPGA技术的重要性。在众多教材中，这本书以其“基于Xilinx Vivado”的定位，吸引了我。我明白，现代的硬件设计离不开高效的开发工具，而Vivado无疑是其中的佼佼者。因此，我希望这本书能够不仅仅是理论的堆砌，更重要的是能够通过实践操作，将理论知识转化为实际技能。我期待它能提供一系列精心设计的实验，从最基础的逻辑门应用，逐步深入到复杂的数字系统设计，例如数据通路、控制逻辑等。更重要的是，我希望这本书能够教会我如何将这些设计有效地映射到FPGA硬件上，并利用Vivado的各项功能进行优化和验证。这本书的出现，让我看到了一个完整的学习路径，从理解数字逻辑的基本原理，到掌握现代FPGA开发工具的使用，再到最终能够独立完成项目设计。我对它在培养实际动手能力和工程实践能力方面的潜力寄予厚望。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有着一定电子基础但对FPGA开发涉足不深的学习者。在寻找合适的学习资料时，我发现许多教程要么是停留在理论层面，要么就是只涉及基础的Verilog/VHDL语法，而缺乏将这些知识点串联起来，并与实际的FPGA开发工具链相结合的完整指导。这本书的出现，让我看到了希望。它明确地以“基于Xilinx Vivado”为核心，这意味着它将带领读者深入了解当前主流的FPGA开发流程。我特别关注它如何处理从概念到实现的整个过程，例如，它是否会讲解如何有效地编写可综合的代码，如何进行详细的时序约束以确保设计的性能，以及如何利用Vivado的强大功能进行仿真和调试。我期待书中能提供一些经典的数字逻辑模块的实现案例，比如简单的加法器、减法器、流水线结构，甚至是更复杂的有限状态机。通过这些案例，我希望能学习到如何将抽象的逻辑设计转化为实际的硬件电路，并最终在FPGA上运行起来。我对这本书能够提供系统性的知识框架和实践指导充满期待。

评分☆☆☆☆☆

我一直对电子工程领域抱有浓厚的兴趣，尤其是数字逻辑设计这块，总觉得它像是构建复杂电子系统的基石，充满了奥秘和挑战。市面上关于数字逻辑的书籍确实不少，但很多要么过于陈旧，无法跟上当前的技术发展；要么就是对初学者不够友好，术语晦涩难懂，让人不知所云。而这本书，从它透露出的信息来看，似乎恰好弥补了这些不足。它聚焦于Xilinx Vivado这个现代化平台，这让我觉得非常实用。我了解到Vivado在FPGA设计领域拥有广泛的应用，能够掌握它，就等于掌握了一项硬技能。我非常期待这本书能在原理讲解上做到深入浅出，用生动形象的比喻和清晰的图示来阐述那些抽象的逻辑概念，而不是简单地堆砌公式和理论。同时，我更看重它在实践操作方面的指导，希望它能提供详细的实验步骤，手把手地教我如何在Vivado环境中进行代码编写、仿真、综合、实现以及下载到FPGA开发板上。我相信，通过这样的实践，我才能真正理解数字逻辑的魅力，并能将其应用于实际项目中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很有吸引力，那种简洁而专业的感觉一下子就抓住了我的眼球。作为一名初学者，我一直对数字逻辑领域充满好奇，但苦于找不到一本既系统又易于上手的教材。在翻阅这本书之前，我尝试过一些其他的资料，但要么过于理论化，让我望而却步；要么过于碎片化，缺乏整体的连贯性。所以，当我在书店看到这本书时，内心是充满期待的。我仔细地看了看目录，发现它涵盖了数字逻辑设计的基础知识，从最基本的逻辑门电路，到寄存器、计数器等更复杂的组合和时序逻辑，再到最终的FPGA开发流程，几乎囊括了我要学习的所有内容。而且，它强调的是“基于Xilinx Vivado”，这对我来说尤为重要，因为我知道Vivado是目前业界主流的FPGA开发工具，熟练掌握它将为我未来的学习和职业发展打下坚实的基础。我对这本书在理论讲解上的深度和实践操作上的指导性充满信心，相信它能够帮助我从零开始，一步步地掌握数字逻辑设计的精髓，并最终能够独立完成一些小型的FPGA项目。

评分☆☆☆☆☆

我一直对计算机硬件的底层工作原理感到好奇，而数字逻辑就是解开这个谜团的关键。市面上关于数字逻辑的书籍琳琅满目，但很多都停留在理论层面，或者使用的工具已经过时。这本书以“Xilinx Vivado”为平台，无疑紧跟了行业前沿。我希望它能不仅仅是介绍一些基本的逻辑门和组合逻辑，而是能带领读者深入到FPGA的体系结构，理解查找表（LUT）、寄存器（Flip-Flop）等基本单元如何构建起复杂的逻辑功能。我更期待这本书能提供高质量的实验指导，让我能够在Vivado环境中亲手实现各种数字电路，例如分频器、移位寄存器、简单的CPU控制器等。我希望它能教会我如何进行有效的代码编写，包括Verilog或VHDL语言的应用，以及如何进行逻辑仿真，确保设计的正确性。这本书的出现，为我提供了一个将理论与实践相结合的绝佳机会，我相信它能够帮助我构建起坚实的数字逻辑基础，并为我未来深入学习计算机体系结构打下坚实的基础。