“十四五”普通高等教育系列教材 数字系统设计

图书标准信息

• 作者 孟祥
• 出版社 中国电力出版社
• 出版时间 2021-12
• 版次 1
• ISBN 9787519846077
• 定价 45.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 236页
• 字数 353.000千字

【内容简介】

本书为“十四五”普通高等教育系列教材。
  本书共分9 章，分别是数字系统及描述方法、数字系统设计基础、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、VHDL
  硬件描述语言、简单Testbench 设计、EDA 软件介绍、基于EDA 技术的现代数字系统设计、数字系统设计选题。本
  书每章有本章小结和习题，书后有附录。书中详细设计了大量的应用实例，使理论和实践联系更加紧密；引入了VHDL
  语言基础、EDA 软件Multisim12.0、QuartusII、Testbench 和可编程逻辑器件PLD 等的介绍，使读者了解现代数字系
  统的设计方法。内容丰富实用，有利于培养学生的实践动手能力。

【作者简介】

孟祥，北华大学，硕士研究生导师。现就职于北华大学电气与信息工程学院，从事教学与科研工作。多年来从事电子技术，测控技术与仪器领域的教学与研究工作，获吉林省教学成果奖二等奖1项，吉林市科技进步一等奖1项。曾主持和参加省级科研“汽车车主身份智能识别及智能启动系统”、“基于射频技术及图像识别的无序检测智能门禁系统”、“循环流化床锅炉燃烧系统智能建模与协调优化控制关键技术研究”、“BH-9000系列远程数字化温度采集模块”、“智能热能计量系统”、“卫星运输包装箱环境控制系统”、“胶囊微型机器人驱动控制系统”等项目。发表教学论文3篇，主编教材3部，获软件著作权3项，发表学术论文15余篇，被三大检索收录5篇。指导学生大学生竞赛获国家一等奖1项，二等奖两项，省一等奖5项。

【目录】

前言

第1 章 数字系统及描述方法1

1.1 数字系统的基本概念1

1.1.1 数字系统1

1.1.2 数字系统的组成2

1.1.3 数据处理器3

1.1.4 控制器6

1.2 数字系统的硬件描述8

1.2.1 系统框图8

1.2.2 算法流程图8

1.2.3 算法状态机（ASM） 11

本章小结18

习题18

第2 章 数字系统设计基础19

2.1 数字系统的设计方法19

2.2 数字系统设计的设计步骤20

2.3 数字系统设计实例22

2.3.1 设计一个交通灯信号控制器22

2.3.2 8 位彩灯控制器的设计27

2.3.3 电子密码锁电路的设计30

2.3.4 多路电子抢答器的设计32

2.3.5 汽车尾灯控制器电路设计38

2.3.6 数字定时器的设计42

2.3.7 数字频率计电路的设计44

2.3.8 报时式数字钟的设计47

本章小结51

习题51

第3 章 可编程逻辑器件52

3.1 PLD 基本电路的结构、功能与习惯表示法52

3.2 可编程逻辑阵列（PLA） 53

3.3 可编程阵列逻辑（PAL）  55

3.4 通用阵列逻辑（GAL） 58

3.5 在系统可编程逻辑器件（ISPPLD）  61

3.6 复杂可编程逻辑器件（CPLD）  63

3.7 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）  64

本章小结 65

习题 66

第4 章 现场可编程门阵列 67

4.1 FPGA 概述 67

4.1.1 Xilinx 公司产品 67

4.1.2 Intel（Altera）公司产品 69

4.1.3 Lattice 公司产品 71

4.1.4 FPGA 的发展趋势 72

4.2 FPGA 的结构原理 72

4.2.1 查找表结构 72

4.2.2 典型FPGA 的结构原理 74

本章小结 82

习题 82

第5 章 VHDL 硬件描述语言 83

5.1 VHDL 的主要构件 83

5.2 VHDL 的数据对象和数据类型 89

5.3 VHDL 的操作符 91

5.4 VHDL 的基本语句 92

5.5 VHDL 设计基本逻辑电路举例 96

本章小结 101

习题 101

第6 章 简单Testbench 设计 102

6.1 概述 102

6.2 仿真简介 102

6.2.1 仿真的级别 102

6.2.2 Testbench 的仿真流程 103

6.3 简单Testbench 设计 103

6.3.1 Testbench 程序基本结构 103

6.3.2 激励信号的产生 104

6.3.3 VHDL Testbench 测试基准实例111

本章小结 119

习题119

第7 章 EDA 软件介绍120

7.1 Multisim12.0 软件介绍120

7.1.1 Multisim12.0 软件基本界面121

7.1.2 项目及原理图文件的创建122

7.1.3 原理图的绘制与仿真123

7.1.4 虚拟仪器的介绍131

7.2 Quartus II 开发软件介绍133

7.2.1 Quartus II 开发系统的特点133

7.2.2 Quartus II 设计过程133

7.2.3 Quartus II 软件的基本操作与应用135

本章小结161

习题162

第8 章 基于EDA 技术的现代数字系统设计164

8.1 现代数字系统设计概述164

8.2 现代数字系统设计方法166

8.2.1 原理图设计法167

8.2.2 HDL 程序设计法167

8.2.3 波形输入设计法167

8.2.4 状态机设计法167

8.2.5 基于IP 的设计法167

8.3 现代数字系统设计流程168

8.4 基于EDA 的数字系统设计实例170

8.4.1 数字钟的设计170

8.4.2 汽车尾灯电路设计182

8.4.3 8 位彩灯控制器的设计184

8.4.4 交通信号灯单元电路的设计187

8.4.5 电子抢答器的设计195

本章小结201

习题202

第9 章 数字系统设计选题204

9.1 报时式数字钟的设计204

9.2 钟控定时电路的设计205

9.3 智力竞赛抢答器的设计206

9.4 交通灯控制器的设计206

9.5 数字频率计的设计207

9.6 彩灯控制器的设计 208

9.7 电梯控制器的设计 209

9.8 乒乓球游域控制器的设计 210

9.9 电子密码锁的设计 211

9.10 汽车尾灯控制器的设计 212

9.11 数字电压表的设计 213

9.12 路灯控制器的设计 214

9.13 出租车自动计费器的设计 215

附录 217

参考文献 225前言

第1 章 数字系统及描述方法1

1.1 数字系统的基本概念1

1.1.1 数字系统1

1.1.2 数字系统的组成2

1.1.3 数据处理器3

1.1.4 控制器6

1.2 数字系统的硬件描述8

1.2.1 系统框图8

1.2.2 算法流程图8

1.2.3 算法状态机（ASM） 11

本章小结18

习题18

第2 章 数字系统设计基础19

2.1 数字系统的设计方法19

2.2 数字系统设计的设计步骤20

2.3 数字系统设计实例22

2.3.1 设计一个交通灯信号控制器22

2.3.2 8 位彩灯控制器的设计27

2.3.3 电子密码锁电路的设计30

2.3.4 多路电子抢答器的设计32

2.3.5 汽车尾灯控制器电路设计38

2.3.6 数字定时器的设计42

2.3.7 数字频率计电路的设计44

2.3.8 报时式数字钟的设计47

本章小结51

习题51

第3 章 可编程逻辑器件52

3.1 PLD 基本电路的结构、功能与习惯表示法52

3.2 可编程逻辑阵列（PLA） 53

3.3 可编程阵列逻辑（PAL）  55

3.4 通用阵列逻辑（GAL） 58

3.5 在系统可编程逻辑器件（ISPPLD）  61

3.6 复杂可编程逻辑器件（CPLD）  63

3.7 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）  64

本章小结 65

习题 66

第4 章 现场可编程门阵列 67

4.1 FPGA 概述 67

4.1.1 Xilinx 公司产品 67

4.1.2 Intel（Altera）公司产品 69

4.1.3 Lattice 公司产品 71

4.1.4 FPGA 的发展趋势 72

4.2 FPGA 的结构原理 72

4.2.1 查找表结构 72

4.2.2 典型FPGA 的结构原理 74

本章小结 82

习题 82

第5 章 VHDL 硬件描述语言 83

5.1 VHDL 的主要构件 83

5.2 VHDL 的数据对象和数据类型 89

5.3 VHDL 的操作符 91

5.4 VHDL 的基本语句 92

5.5 VHDL 设计基本逻辑电路举例 96

本章小结 101

习题 101

第6 章 简单Testbench 设计 102

6.1 概述 102

6.2 仿真简介 102

6.2.1 仿真的级别 102

6.2.2 Testbench 的仿真流程 103

6.3 简单Testbench 设计 103

6.3.1 Testbench 程序基本结构 103

6.3.2 激励信号的产生 104

6.3.3 VHDL Testbench 测试基准实例111

本章小结 119

习题119

第7 章 EDA 软件介绍120

7.1 Multisim12.0 软件介绍120

7.1.1 Multisim12.0 软件基本界面121

7.1.2 项目及原理图文件的创建122

7.1.3 原理图的绘制与仿真123

7.1.4 虚拟仪器的介绍131

7.2 Quartus II 开发软件介绍133

7.2.1 Quartus II 开发系统的特点133

7.2.2 Quartus II 设计过程133

7.2.3 Quartus II 软件的基本操作与应用135

本章小结161

习题162

第8 章 基于EDA 技术的现代数字系统设计164

8.1 现代数字系统设计概述164

8.2 现代数字系统设计方法166

8.2.1 原理图设计法167

8.2.2 HDL 程序设计法167

8.2.3 波形输入设计法167

8.2.4 状态机设计法167

8.2.5 基于IP 的设计法167

8.3 现代数字系统设计流程168

8.4 基于EDA 的数字系统设计实例170

8.4.1 数字钟的设计170

8.4.2 汽车尾灯电路设计182

8.4.3 8 位彩灯控制器的设计184

8.4.4 交通信号灯单元电路的设计187

8.4.5 电子抢答器的设计195

本章小结201

习题202

第9 章 数字系统设计选题204

9.1 报时式数字钟的设计204

9.2 钟控定时电路的设计205

9.3 智力竞赛抢答器的设计206

9.4 交通灯控制器的设计206

9.5 数字频率计的设计207

9.6 彩灯控制器的设计 208

9.7 电梯控制器的设计 209

9.8 乒乓球游域控制器的设计 210

9.9 电子密码锁的设计 211

9.10 汽车尾灯控制器的设计 212

9.11 数字电压表的设计 213

9.12 路灯控制器的设计 214

9.13 出租车自动计费器的设计 215

附录 217

参考文献 225