EDA原理及Verilog HDL实现:从晶体管、门电路到高云FPGA的数字系统设计

何宾，国内知名的嵌入式系统和电子信息技术专家，长期从事嵌入式系统和信号处理方面的教学和科研工作。与包括意法半导体在内的全球多家知名的半导体厂商和EDA工具厂商大学计划部门保持密切合作。已经出版电子信息方面的著作近80部，内容涵盖电路仿真、电路设计、可编程逻辑器件、单片机、嵌入式系统等。典型的代表作有《STC单片机原理及应用》《EDA原理及Verilog HDL实现》《ARM Cortex-M0全可编程SoC原理及实现》《Altium Designer 15.0电路仿真、设计、验证与工艺实现权威指南》《Xilinx FPGA数字信号处理权威指南》等。

第1章数字逻辑基础

（视频讲解： 423分钟，16集）

1.1开关系统

1.1.10和1的概念

1.1.2开关系统的优势

1.1.3晶体管作为开关

1.1.4半导体物理器件

1.1.5半导体逻辑电路

1.1.6逻辑门与逻辑关系描述

1.1.7逻辑电路符号描述

1.2TTL和CMOS逻辑门传输特性分析

1.3逻辑代数理论

1.4逻辑表达式的化简

1.5毛刺产生及消除

1.6数字码制表示和转换

第2章逻辑电路基础

（视频讲解： 319分钟，12集）

2.1组合逻辑电路

2.1.1编码器

2.1.2译码器

2.1.3码转换器

2.1.4数据选择器

2.1.5数据比较器

2.1.6加法器

2.1.7减法器

2.1.8加法器/减法器

2.1.9乘法器

2.2时序逻辑电路

2.2.1时序逻辑电路特点

2.2.2基本SR锁存器

...

2.2.7移位寄存器

2.3有限自动状态机

2.3.1有限自动状态机原理

2.3.2状态图表示及实现

2.3.3三位计数器

2.4存储器的原理

2.4.1静态随机访问存储器的原理

2.4.2动态随机访问存储器的原理

2.4.3Flash存储器的原理

第3章可编程逻辑器件工艺和结构

（视频讲解： 139分钟，7集）

3.1可编程逻辑器件的发展历史

3.2可编程逻辑器件典型工艺

3.3简单可编程逻辑器件结构

3.3.1PROM原理及结构

3.3.2PAL原理及结构

3.3.3PLA原理及结构

3.4CPLD原理及结构

3.5FPGA原理及结构

3.5.1FPGA的基本原理

3.5.2高云FPGA的结构

3.5.3可配置单元

3.5.4块静态随机访问存储器

3.5.5时钟资源

3.5.6输入/输出块

3.5.7数字信号处理模块

3.6高云FPGA产品类型和功能

3.6.1小蜜蜂家族FPGA产品

3.6.2晨熙家族FPGA产品

3.6.3Arora V家族FPGA产品

第4章高云云源软件的下载、安装和设计流程

（视频讲解： 219分钟，8集）

4.1高云云源软件的下载

4.2高云云源软件的安装

4.3高云云源软件的授权

4.4仿真库的安装

4.5FPGA的设计流程

4.5.1建立新的设计工程

4.5.2创建新的设计文件

4.5.3查看RTL网表

4.5.4RTL的功能仿真

4.5.5设计综合

4.5.6综合后的功能仿真

4.5.7添加约束文件

4.5.8布局和布线

4.5.9布局和布线后仿真

4.5.10下载比特流

4.5.11编程内部Flash存储器

第5章Verilog HDL基础内容

（视频讲解： 672分钟，29集）

5.1Verilog HDL程序结构

5.1.1模块声明

5.1.2模块端口定义

5.1.3逻辑功能定义

5.1.4设计实例一： Verilog HDL结构框架的设计与实现

5.2Verilog HDL要素

5.2.11设计实例二： 有符号加法器的设计与验证

5.3Verilog HDL数据类型

5.3.1值的集合

...

5.3.11Verilog HDL名字空间

5.3.12设计实例三： 可变宽度乘法器的设计和实现

5.4Verilog HDL表达式

5.5Verilog HDL分配

5.6Verilog HDL门级描述

5.6.1门声明

5.6.2逻辑门

5.6.3输出门

5.6.4三态门

5.6.5上拉和下拉源

5.7Verilog HDL行为建模语句

5.7.1行为模型概述

5.7.2过程语句

..

5.7.9结构化的过程

5.7.10设计实例四： 同步和异步复位D触发器的设计与实现

5.7.11设计实例五： 软件算法的硬件实现与验证

5.8Verilog HDL任务和函数

5.8.1任务和函数的区别

5.8.2任务和任务使能

5.8.3禁止命名的块和任务

5.8.4函数和函数调用

5.9Verilog HDL层次化结构

5.9.1模块例化

5.9.2覆盖模块参数值

...

5.9.7范围规则

5.9.8设计实例六： N位串行进位加法器的设计与实现

5.10系统任务和函数

5.10.1显示系统任务

...

5.10.9命令行输入

5.10.10数学函数

5.10.11设计实例七： 只读存储器初始化和读操作的实现

5.11Verilog HDL编译器命令

5.11.1`celldefine和`endcelldefine

...

5.11.11`begin_keywords和`end_keyword

第6章基本数字逻辑单元Verilog HDL描述

（视频讲解： 198分钟，9集）

6.1组合逻辑电路的Verilog HDL描述

6.2时序逻辑电路的Verilog HDL描述

6.3有限状态机的Verilog HDL描述

6.3.1FSM设计原理

6.3.2FSM的应用——序列检测器的实现

6.3.3FSM的应用——交通灯的实现

6.4算法状态机Verilog HDL描述

6.4.1算法状态机原理

6.4.2ASM到Verilog HDL的转换

第7章复杂数字系统设计

（视频讲解： 230分钟，9集）

7.1设计实例一： 呼吸流水灯的设计与实现

7.2设计实例二： 可调数字钟的设计与实现

7.3设计实例三： 异步串行通信的设计与实现

7.4设计实例四： 图片动态显示的设计与实现

7.5设计实例五： 信号发生器的设计与实现

第1章数字逻辑基础

本章主要介绍开关系统、半导体数字集成电路、基本逻辑门电路分析、逻辑代数理论、逻辑表达式的化简、毛刺产生及消除、数字码制表示和转换。

本章内容是数字系统的设计基础，读者必须理解并掌握本章的内容,为后续学习逻辑电路的设计打下坚实的基础。

1.1开关系统

开关系统是构成数字逻辑的最基本结构,它通过半导体物理器件,实现数字逻辑中的开关功能。

开关系统就是工作在逻辑“0”或者逻辑“1”状态下的由物理器件所构成的电路。例如，家里的电灯,通过开关的控制,要么灯亮,要么灯灭。此外,电路中的继电器也是典型的离散状态器件,要么处于常开状态,要么处于常闭状态。

……

知识融合 将基于SPICE仿真的数字电路理论与基于高云半导体云源软件的复杂数字系统设计进行系统化深度融合。书中内容涵盖了数字电路和复杂数字系统设计所要求的全部知识点。通过对数字系统设计理论和设计方法的系统讲解，为后续深入学习计算机硬件课程及数字信号处理课程打下坚实的基础。

 知识权威 介绍数字逻辑电路基本知识点时，参考了国外数字逻辑设计领域的权威书籍。在介绍Verilog HDL语法时，参考了最新的IEEE相关标准。书中所有的设计实例经过严格测试和验证。通过系统化的讲解及规范化的设计实例，帮助读者培养良好的数字系统设计习惯，掌握数字系统设计方法和设计理念。

 知识涵盖 晶体管，开关系统，数字器件特性，数字集成电路基本知识，逻辑代数基础，组合逻辑电路，时序逻辑电路，有限自动状态机，可编程逻辑器件原理，高云云源软件下载、安装和设计流程，Verilog HDL硬件描述语言，基本数字逻辑单元设计和复杂数字系统设计。

本书以广东高云半导体科技股份有限公司(简称高云半导体)的GW1N系列FPGA器件和云源软件为设计平台，根据“EDA原理及应用”课程的教学要求及作者多年的教学经验，将本科传统的数字电子技术(数字逻辑)课程与复杂数字系统设计课程相融合，遵循循序渐进、由浅入深的原则，内容涵盖晶体管，门电路，数字逻辑理论，组合逻辑和时序逻辑电路，可编程逻辑器件工艺和结构，云源软件的下载、安装和设计流程，VerilogHDL语言及复杂数字系统设计。为了方便教师的教学和学生的自学，书中给出了大量的设计实例，并配套了教学资源。