數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VHDL

前言

2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請(qǐng)各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國(guó)外教材問題。與會(huì)同志對(duì)出版社提出的計(jì)劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對(duì)我國(guó)通信事業(yè)、特別是對(duì)高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會(huì)很有好處。教材建設(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個(gè)嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實(shí)驗(yàn)室出版的一套28本雷達(dá)叢書，對(duì)近代電子學(xué)科、特別是對(duì)雷達(dá)技術(shù)的推動(dòng)作用，就是一個(gè)很好的例子。我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)部門對(duì)教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點(diǎn)和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對(duì)高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應(yīng)這種情況，更是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問題。解決這個(gè)問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進(jìn)和出版一些國(guó)外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是會(huì)有好處的。一年多來，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個(gè)“國(guó)外電子與通信教材系列”項(xiàng)目組，選派了富有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細(xì)資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會(huì)，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對(duì)高校通信教學(xué)和教材改革能起一定作用。在這里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國(guó)教育工作者和出版工作者的良好美德。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)高校教學(xué)工作會(huì)不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進(jìn)國(guó)外教材的工作，一定要聯(lián)系我國(guó)的實(shí)際。教材和學(xué)術(shù)專著不同，既要注意科學(xué)性、學(xué)術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學(xué)；引進(jìn)的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對(duì)目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進(jìn)一些先進(jìn)的和正在發(fā)展中的交叉學(xué)科的參考書；要與國(guó)內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學(xué)生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用。最后，預(yù)?！皣?guó)外電子與通信教材系列”項(xiàng)目取得成功，為我國(guó)電子與通信教學(xué)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對(duì)這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時(shí)更正。

內(nèi)容概要

本書對(duì)原著進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，使之更適合作為本科雙語教學(xué)教材。第1章首先回顧了邏輯設(shè)計(jì)基本原理，第2章和第3章分別講解了VHDL基本知識(shí)和高級(jí)主題，第4章為簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)實(shí)例，第5章討論狀態(tài)機(jī)，第6章討論浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，第7章討論硬件測(cè)試和可測(cè)試性設(shè)計(jì)，第8章給出了一些高級(jí)設(shè)計(jì)實(shí)例。全書將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言VHDL和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)融為一體，較好地實(shí)現(xiàn)了控制邏輯和運(yùn)算部件的整合設(shè)計(jì)，并給出了多個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，便于學(xué)生在實(shí)踐中得到提高。　　本書適合作為高等院校電子、電氣和計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)類課程的雙語教學(xué)教材，也適合作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

作者簡(jiǎn)介

Charles H．Roth，Jr．美國(guó)斯坦福大學(xué)博士，1961年就職于得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，目前是電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授。他的授課和研究領(lǐng)域涵蓋了數(shù)字系統(tǒng)理論和設(shè)計(jì)、微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和VHDL應(yīng)用，出版了4本著作。

書籍目錄

Chapter 1 Review of Logic Design Fundamentals1 　1.1 Combinational Logic1 　1.2 Boolean Algebra and Algebraic Simplification3 　1.3 Karnaugh Maps7 　1.4 Designing with NAND and NOR Gates10 　1.5 Hazards in Combinational Circuits12 　1.6 Flip-Flops and Latches14 　1.7 Mealy Sequential Circuit Design17 　1.8 Moore Sequential Circuit Design25 　1.9 Equivalent States and Reduction of State Tables28 　1.10 Sequential Circuit Timing30 　1.11 Tristate Logic and Busses41 　1.12 Problems 42 Chapter 2 Introduction to VHDL51 　2.1 Computer-Aided Design51 　2.2 Hardware Description Languages54 　2.3 VHDL Description of Combinational Circuits57 　2.4 VHDL Modules61 　2.5 Sequential Statements andVHDL Processes67 　2.6 Modeling Flip-Flops Using VHDL Processes69 　2.7 Processes Using Wait Statements73 　2.8 Two Types of VHDL Delays: Transport and Inertial Delays75 　2.9 Compilation, Simulation, and Synthesis of VHDL Code77 　2.10 VHDL Data Types and Operators82 　2.11 Simple Synthesis Examples84 　2.12 VHDL Models for Multiplexers87 　2.13 VHDL Libraries90 　2.14 Modeling Registers and Counters Using VHDL Processes95 　2.15 Behavioral and Structural VHDL101 　2.16 Variables, Signals, and Constants111 　2.17 Arrays114 　2.18 Loops in VHDL117 　2.19 Assert and Report Statements119 　2.20 Problems122 Chapter 3 Additional Topics in VHDL137 　3.1 VHDL Functions137 　3.2 VHDL Procedures141 　3.3 Attributes143 　3.4 Creating Overloaded Operators147 　3.5 Multi-Valued Logic and Signal Resolution 148 　3.6 The IEEE 9-Valued Logic System153 　3.7 SRAM Model Using IEEE 1164156 　3.8 Model for SRAM Read/Write System158 　3.9 Generics161 　3.10 Named Association162 　3.11 Generate Statements163 　3.12 Files and TEXTIO165 　3.13 Problems169 Chapter 4 Design Examples1 77 　4.1 BCD to Seven-Segment Display Decoder178 　4.2 A BCD Adder179 　4.3 32-Bit Adders181 　4.4 Traffic Light Controller188 　4.5 State Graphs for Control Circuits191 　4.6 Scoreboard and Controller192 　4.7 Synchronization and Debouncing195 　4.8 A Add-and-Shift Multiplier197 　4.9 Array Multiplier203 　4.10 A Signed Integer/Fraction Muliplier206 　4.11 Keypad Scanner218 　4.12 Binary Dividers226 　4.13 Problems236 Chapter 5 SM Charts and Microprogramming247 　5.1 State Machine Charts247 　5.2 Derivation of SM Charts252 　5.3 Realization of SM Charts262 　5.4 Implementation of the Dice Game266 　5.5 Problems271 Chapter 6 Floating-Point Arithmetic 2 78 　6.1 Representation of Floating-Point Numbers278 　6.2 Floating-Point Multiplication284 　6.3 Floating-Point Addition294 　6.4 Other Floating-Point Operations300 　6.5 Problems301 Chapter 7 Hardware Testing and Design for Testability306 　7.1 Testing Combinational Logic306 　7.2 Testing Sequential Logic311 　7.3 Scan Testing314 　7.4 Boundary Scan317 　7.5 Built-In Self-Test328 　7.6 Problems339 Chapter 8 Additional Design Examples345 　8.1 Design of a Wristwatch345 　8.2 Memory Timing Models356 　8.3 A Universal Asynchronous Receiver Transmitter364 　8.4 Problems378 Appendix A383 VHDL Language Summary Appendix B391 IEEE Standard Libraries Appendix C393 TEXTIO Package Appendix D 395 Projects References406

章節(jié)摘錄

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