數字邏輯電路設計實踐教程（簡體書）

本書以Xilinx公司的VivadoFPGA設計套件為開發工具，以Verilog硬件描述語言為編程基礎，以Digilent公司的Basys3和Nexys4開發板為實驗平臺，將數字邏輯電路原理分析與設計方法相結合，從實驗環境和設計語言介紹開始，循序漸進地介紹了數字邏輯電路中組合邏輯和時序邏輯電路設計的基本過程和方法。本書主要內容包括數字邏輯電路實驗環境、VerilogHDL基礎、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、有限狀態機、存儲邏輯電路等。書中包含大量的設計實例，內容詳實、系統、全面，可操作性強。

目錄
序
前言
第1章 數字邏輯電路實驗環境 1
1.1 電子設計自動化 1
1.1.1 電子設計自動化簡介 1
1.1.2 現代數字系統設計方法 5
1.1.3 電子設計自動化軟件 9
1.1.4 可編程邏輯器件 11
1.1.5 硬件描述語言 13
1.2 ModelSim 14
1.2.1 ModelSim簡介 14
1.2.2 ModelSim安裝 15
1.2.3 ModelSim使用 15
1.3 Xilinx FPGA開發板 15
1.3.1 Xilinx Basys 3 FPGA開發板簡介 15
1.3.2 Xilinx Basys 3 FPGA開發板硬件電路 17
1.3.3 FPGA調試及配置電路 20
1.3.4 XilinxNexys 4 FPGA開發板 21
1.4 Xilinx Vivado 23
1.4.1 Xilinx軟件平臺簡介 23
1.4.2 Xilinx Vivado安裝 25
1.4.3 Xilinx Vivado集成開發環境 25
1.4.4 工程示例 27
1.5 實驗 27
1.5.1 ModelSim使用 27
1.5.2 Vivado使用 28
第2章 Verilog HDL基礎 31
2.1 Verilog HDL簡介 31
2.1.1 Verilog HDL概述 31
2.1.2 Verilog HDL基本語法 35
2.2 Verilog HDL結構化建模與驗證 52
2.2.1 設計方法學 53
2.2.2 設計示例：4位脈衝進位計數器 53
2.2.3 模塊和端口 54
2.2.4 邏輯仿真的構成 58
2.2.5 結構化建模設計實例 59
2.3 Verilog HDL數據流級建模與驗證 61
2.3.1 連續賦值語句 61
2.3.2 運算符 63
2.3.3 數據流級建模設計實例 69
2.4 Verilog HDL行為級建模與驗證 71
2.4.1 結構化過程語句 71
2.4.2 過程賦值語句 77
2.4.3 分支語句 81
2.4.4 循環控制語句 85
2.4.5 行為級建模設計實例 87
2.5 實驗 88
2.5.1 Verilog HDL結構化建模與驗證 88
2.5.2 Verilog HDL數據流級建模與驗證 90
2.5.3 Verilog HDL行為級建模與驗證 92
第3章 門電路 94
3.1 開關級建模 94
3.1.1 常用開關電路 94
3.1.2 CMOS反相器（非門）98
3.1.3 CMOS或非門 100
3.1.4 CMOS與非門 102
3.1.5 CMOS與或非門 103
3.1.6 CMOS異或門 103
3.1.7 CMOS三態門 104
3.2 門級建模與驗證 105
3.2.1 內置基本門級元件 105
3.2.2 多輸入門 105
3.2.3 多輸出門 109
3.2.4 三態門 110
3.2.5 上拉、下拉電阻 110
3.2.6 門時延 110
3.2.7 實例數組 111
3.3 UDP建模 112
3.3.1 UDP建模語法 112
3.3.2 組合電路UDP 112
3.3.3 時序電路UDP 113
3.4 實驗 116
3.4.1 開關級電路建模與驗證 116
3.4.2 門級電路建模與驗證 116
第4章 組合邏輯電路 118
4.1 數值比較器 118
4.1.11 位數值比較器 118
4.1.24 位數值比較器 120
4.2 加法器 123
4.2.11 位全加器 124
4.2.24 位串行進位加法器建模與仿真 127
4.2.3 超前進位加法器 129
4.2.4 二進制並行加法/減法器 134
4.3 編碼器 136
4.3.1 二進制編碼器 136
4.3.2 二進制優先編碼器 140
4.4 譯碼器 143
4.4.1 二進制譯碼器 144
4.4.2 二-十進制譯碼器 147
4.4.3 顯示譯碼器 150
4.5 數據選擇器 154
4.5.1 二路選擇器 154
4.5.2 四路選擇器 157
4.6 數據分配器 161
4.7 實驗 164
4.7.1 數值比較器 164
4.7.2 加法器 165
4.7.3 超前進位加法器 166
4.7.4 多位單級/多級先行進位加法器 174
4.7.5 編碼器與譯碼器 181
4.7.6 數據選擇器與分配器 191
第5章 觸發器 193
5.1 RS觸發器 193
5.1.1 基本RS觸發器 193
5.1.2 同步RS觸發器 196
5.2 D觸發器 200
5.2.1 同步D觸發器 200
5.2.2 邊沿D觸發器 203
5.2.3 帶異步置位和異步清零邊沿D觸發器 206
5.3 JK觸發器和T觸發器 209
5.3.1 邊沿JK觸發器 209
5.3.2 帶異步置位和異步清零邊沿JK觸發器 212
5.3.3 T觸發器 215
5.4 實驗 217
5.4.1 D觸發器實驗 217
5.4.2 JK觸發器實驗 217
第6章 時序邏輯電路 219
6.1 寄存器 219
6.1.1 基本寄存器 219
6.1.24 位寄存器 222
6.1.3 N位寄存器 224
6.1.4 單向移位寄存器 225
6.1.5 雙向移位寄存器 227
6.1.6 通用移位寄存器 231
6.1.75 個按鈕開關抖動的消除 232
6.1.8 時鐘脈衝 234
6.2 計數器 236
6.2.1 簡單二進制計數器 237
6.2.2 通用二進制計數器 241
6.2.3 N進制計數器 242
6.2.4 時鐘分頻器 245
6.2.5 脈衝寬度調製 247
6.3 時序邏輯電路綜合設計 248
6.3.1 Fibonacci數列計算 249
6.3.2 最大公約數求解 251
6.3.314 位二進制-十進制轉換 255
6.4 實驗 256
6.4.1 寄存器實驗 256
6.4.2 計數器實驗 261
第7章 有限狀態機 265
7.1 有限狀態機簡介 265
7.1.1 有限狀態機引例 265
7.1.2 有限狀態機基本概念 268
7.2 有限狀態機的編碼 269
7.2.1 順序編碼 269
7.2.2 獨熱編碼 269
7.2.3 格雷編碼 270
7.2.4 約翰遜編碼 271
7.3 有限狀態機設計示例 271
7.3.1 Moore有限狀態機 271
7.3.2 Mealy有限狀態機 274
7.3.3 自動售貨機 277
7.3.4交通信號燈 279
7.4 實驗 287
7.4.1 狀態機實驗 287
第8章 存儲邏輯電路 289
8.1 基本寄存器和寄存器堆 289
8.1.1 基本寄存器 289
8.1.2 寄存器堆 299
8.2 隨機存儲器和只讀存儲器 308
8.2.1 隨機存儲器 308
8.2.2 只讀存儲器 311
8.3 實驗 313
8.3.1 寄存器堆建模與驗證 313
8.3.2 隨機存儲器建模與驗證 313
8.3.3 只讀存儲器建模與驗證 320
參考文獻 326