数字逻辑基础与VHDL设计

章节摘录

插图：可测性设计同步时序电路不仅包含组合逻辑电路（实现输出函数和下一个状态函数）；还包含触发器（在一个时钟周期内保持电路的状态信息）。在图8.9 0中，已经给出了时序电路的通用模型。组合逻辑电路的输入是主要输入，当前状态变量则是；网络的输出是主要输出，下一个状态变量则是。使用前面几节介绍的方法，在其所有输入上应用测试，并在其输出上观察输出结果，就可以对组合逻辑电路进行测试。其中，将测试向量应用到主要输入相当容易；在主要输出上观察输出结果也并不困难。问题在于如何将测试向量输入应用到当前状态输入上，以及如何观察下一个状态输出上的值。一种可行的方法是在每个当前状态变量对应的通路中，使用双向多路复用器，使得组合网络的输入可以为状态变量的值（从对应的触发器输出获得），也可以是测试向量的部分值。不过，上述方法存在重大缺陷：通过外部引脚必须能够直接访问每个多路复用器的第二个输入；如果存在很多状态变量，那么将会需要使用很多引脚。另一种更好的方法是提供电气连接，使得测试向量可以通过移位进入电路，每次只移入一位；这就可以减少所需的引脚，代价是增加测试执行所需的时间。基于上述思路，相关研究人员目前已经提出了若干种测试方法，下面说明其中的一种。通路扫描技术常用电路测试方法称为通路扫描（scanpath），其中，使用多路复用器连接到触发器的输入端，使得触发器既可以单独应用在时序电路正常运行的时候，也可以作为移位寄存器的一部分用于测试。

前言

读完本书，我的第一印象就是“数字逻辑基础+数字电路设计示例+150多段实用的VHDL代码+Quartus II CAD教程+VHDL语言参考手册”有机结合的智慧结晶！回想起自己在数字逻辑行业起步时摸爬滚打的悠悠岁月，不由得感叹：要是当时能有这么全面的一本中文书籍可以参考，那该有多好。为什么说这本书好呢？在译者看来，至少有以下4点原因：基础知识通俗易懂。第l～7章介绍了学习数字电路必备的基本知识，包括数字电路设计流程、逻辑电路基础、电子学基础、电路综合、算术运算电路、编码器、译码器、多路复用器，以及存储元件等。尽管在大学的数字逻辑专业课本上，基本上都能找到相应的知识点，但是，本书是译者迄今为止见过的最通俗易懂、最全面的教材。进阶知识非常实用。第8～12章介绍了实际数字系统设计的方方面面，包括同步时序电路、异步时序电路、电路测试、完整的CAD电路设计流程等。很多教材虽然涉及实际电路设计，但是原理分析不够通俗易懂。本书以浅易易懂的方式介绍了数字电路设计的相关方法。兼顾教学与实践。本书不仅适合教学，还适于工程实践入门。每章课后习题都配有参考答案；每章都配有参考文献；附录B～D（参见光盘）给出了Quartus II CAD工具的入门教程，非常适合读者自学并完成上机实验；全书共有150多段VHDL代码，附录A（参见光盘）还给出了VHDL语言参考手册。专家级的作者。本书的两位作者都是电气工程专业的博士；更为重要的是，两位都有丰富的实践经验；其中一位是Altera大学计划的主任，另一位则是资深教员。他们编写出来的教材确实很实用。

内容概要

Stephen Brown，拥有多伦多大学电气工程专业的博士学位，目前是多伦多大学电气与计算机工程学院的教授。他还是Altera公司多伦多技术中心(该中心在CAD软件和FPGA体系结构研发方面处于世界领先水平)的架构师和Altera大学计划的主任。他已经参与撰写了60多篇科学研究论文以及两本教科书——Fundamentals of Dital Logic with Veritog Design，2nd Edition和Field-Programmable Gate Arrays。

ZvonkoVranesic，获得多伦多大学电气工程专业的博士学位。他目前是多伦多大学电气与计算机工程学院的。

书籍目录

第1章 电路设计概述

1.1数字硬件

1.2设计流程

1.3数宁硬件设计

1.4本书涵盖的逻辑电路设计

1.5理论与实践

1.6进制数

参考文献

第2章 逻辑电路简介

2.1变量和函数

2.2反相

2.3真值表

2.4逻辑门电路和网络

2.5布尔代数

2.6使用与门、或门、非门实现综合

2.7与非门和或非门逻辑网络

2.8设计示例

2.9cad工具介绍

2.10vhdl简介

2.11本章 小结

.2.12例题讲解

参考文献

第3章 电路实现技术

3.1晶体管开关

3.2nmos逻辑门电路

3.3cmos逻辑门电路

3.4负逻辑系统

3.5标准芯片

3.6可编程逻辑器件

3.7定制芯片、标准单元和门阵列

3.8实际因素

3.9传输门

3.10spld、cpld、fpga的电路实现细节

3.11本章 小结

3.12例题讲解

参考文献

第4章 逻辑函数优化实现

4.1卡诺图

4.2优化策略

4.3和之积形式成本最低的实现

4.4不完全确定函数

4.5多输出电路

4.6多级综合

4.7多级电路的分析

4.8立方体表示

4.9使用列表法求解成本最低的覆盖

4.10使用立方体法求解最低成本覆盖

4.11实际设计中需要考虑的因素

4.12使用vhdl代码实现电路综合的示例

4.13本章 小结

4.14例题讲解

参考文献

第5章 数制和运算电路

5.1数字系统的数制

5.2无符号数的加法

5.3有符号数

5.4快速加法器

5.5使用cad工具设计运算电路

5.6乘法

5.7其他数制

5.8ascii字符编码

5.9例题讲解

参考文献

第6章 组合逻辑电路模块

6.1多路复用器

6.2泽码器

6.3编码器

6.4编码转换器

6.5运算比较电路

6.6使用vhdl实现组合逻辑电路

6.7本章 小结

6.8例题讲解

参考文献

第7章 触发器、寄存器、计数器、和简单处理器

7.1基本锁存器

7.2门控sr锁存器

7.3门控d锁存器

7.4主从d触发器和边沿触发d触发器

7.5t触发器

7.6jk触发器

7.7锁存器与触发器术语小结

7.8寄存器

7.9计数器

7.10复位同步

7.11其他类型的计数器

7.12在cad工具中使用存储元件

7.13在cad工具中使用寄存器和计数器

7.14设计示例

7.15触发器电路的时序分析

7.16本章 小结

7.17例题讲解

参考文献

第8章 同步时序电路

8.1基本设计步骤

8.2状态赋值

8.3mealy状态模型

8.4使用cad工具设计有限状态机

8.5串行加法器示例

8.6状态化简

8.7使用时序电路方法设计计数器

8.8使用fsm构建判决器电路

8.9同步时序电路分析

8.10算法状态机(asm)图

8.11时序电路的正式模型

8.12本章 小结

8.13例题讲解

参考文献

第9章 异步时序电路

9.1异步行为

9.2异步电路分析

9.3异步电路的综合

9.4状态化简

9.5状态赋值

9.6冒险

9.7完整的设计示例

9.8本章 小结

9.9例题讲解

参考文献

第10章 数字系统设计

10.1构建模块电路

10.2设计示例

10.3时钟同步

10.4本章 小结

参考文献

第11章 逻辑电路测试

11.1故障模型

11.2测试集的复杂度

11.3通路敏化

11.4树型结构电路

11.5随机测试

11.6时序电路的测试

11.7内置自测技术

11.8印刷电路板

11.9本章 小结

参考文献

第12章 计算机辅助设计工具

12.1电路综合

12.2物理设计

12.3本章 小结

参考文献

编辑推荐

《数字逻辑基础与VHDL设计(第3版)》是国外电子信息经典教材。

作者简介

《数字逻辑基础与VHDL设计(第3版)》侧重于现代数字逻辑电路设计的教学。《数字逻辑基础与VHDL设计(第3版)》不仅说明了传统的电路设计方法，便于读者理解；还深入介绍了电路设计自动化技术，便于读者实践。基于比较简单的逻辑电路，《数字逻辑基础与VHDL设计(第3版)》首先介绍了基本概念，说明传统的手动方法与基于cad工具的现代方法。在建立了基本概念之后，《数字逻辑基础与VHDL设计(第3版)》使用cad工具设计更加复杂的实际电路。包含大量详细的示例，从只包含若干基本逻辑元件的电路到数字系统（如简单。的处理器）。深入介绍了现代数字电路技术，重点介绍了可编程逻辑器件（pld），包括cpld和fpga。全书的设计方法均使用ieee标准的vhdl语言。全书采用循序渐进的方式介绍vhdl语言，便于初学者理解。随书附赠光盘包含altera公司的quartus ii cad软件和一系列循序渐进的教程；此外，光盘还包含了《数字逻辑基础与VHDL设计(第3版)》使用的所有vhdl示例。

图书封面

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