单片微型机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:徐淑华等编

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:1993年07月

价格:13.80元

装帧:平装

isbn号码:9787560306377

丛书系列:

图书标签:

单片机
微型机原理
嵌入式系统
电子技术
计算机硬件
8051
汇编语言
数字电路
应用开发
实践教程

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具体描述

《数字逻辑设计与FPGA实现》简介在当今高度数字化的世界中，对数字逻辑电路的深入理解和高效实现能力至关重要。本书《数字逻辑设计与FPGA实现》旨在为读者构建坚实的数字逻辑基础，并教授如何利用现场可编程门阵列（FPGA）这一强大的硬件平台将理论设计转化为实际功能。本书内容聚焦于数字逻辑的核心概念、设计流程以及FPGA的应用技术，不涉及单片微型机（Microcontroller Unit, MCU）的体系结构、指令集、中断处理、外设接口（如UART、SPI、I2C的MCU端实现）、低功耗设计、实时操作系统（RTOS）在MCU上的应用等与MCU直接相关的内容。第一部分：数字逻辑基础数字逻辑是本书的基石，我们从最基本的世界观出发，探寻信息如何在0和1之间传递和处理。二进制系统与编码：首先，我们将回顾二进制数制，理解它如何成为数字系统的语言。学习不同进制之间的转换，并深入探讨各种编码方式，如二进制补码、格雷码等，它们在数据表示和处理中的作用。逻辑门与基本逻辑运算：接着，我们逐一介绍最基本的逻辑门，包括AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR和XNOR门。通过真值表和逻辑符号，清晰地展示它们的输入输出关系。在此基础上，我们将学习如何组合这些基本门来构建更复杂的逻辑功能。布尔代数与逻辑化简：布尔代数是数字逻辑设计的数学工具。我们将学习布尔代数的基本定理和定律，如德摩根定律、吸收律等，并掌握使用卡诺图（Karnaugh Map）和布尔代数方法对逻辑表达式进行化简的技术。化简的目标是最小化逻辑门的数量，从而减少电路的复杂度和功耗，提高电路的速度。组合逻辑电路设计：组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入。本书将详细讲解如何设计常见的组合逻辑电路，包括加法器（半加器、全加器、多位加法器）、减法器、编码器、译码器、多路选择器（Multiplexer）和分路选择器（Demultiplexer）。我们会通过具体示例，演示如何从需求分析到最终的逻辑图设计。时序逻辑电路设计：与组合逻辑不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路过去的状态。我们将引入触发器（Flip-Flop）的概念，包括SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器，并理解它们的存储特性。在此基础上，我们将学习如何构建寄存器（Register）、计数器（Counter，如移位寄存器、同步计数器、异步计数器）以及状态机（State Machine，如摩尔状态机和米利状态机）。状态机的设计是实现复杂时序逻辑的关键，我们将学习如何使用状态转移图和状态表来设计和分析它们。有限状态机（FSM）分析与设计： FSM在数字系统控制中扮演着核心角色。我们将深入研究FSM的抽象模型，包括状态、输入、输出和状态转移。学习如何从问题描述或时序行为出发，绘制状态转移图，生成状态表，并将之转化为实际的电路实现。我们将区分摩尔型和米利型FSM，并讨论它们在不同应用场景下的优缺点。第二部分：硬件描述语言（HDL）与仿真在现代数字逻辑设计中，硬件描述语言（HDL）是不可或缺的工具。本书将侧重于Verilog HDL，它是一种广泛应用于ASIC和FPGA设计的标准语言。 Verilog HDL基础：我们将从Verilog的语法基础开始，学习如何定义模块（module）、端口（port）、数据类型（如`wire`、`reg`、`integer`）、运算符以及各种语句（如`assign`、`always`、`if-else`、`case`）。行为级建模：掌握如何使用Verilog进行行为级建模，用高级抽象的语言描述电路的功能，这使得设计更加高效和易于理解。我们将学习如何使用`always`块结合时钟和复位信号来描述时序逻辑，以及如何使用`assign`语句来描述组合逻辑。数据流建模与结构级建模：除了行为级建模，我们还将学习数据流建模（使用`assign`语句和连续赋值）以及结构级建模（通过实例化其他模块来构建复杂系统）。理解这三种建模方式的差异和适用场景。 Verilog仿真与调试：学习如何编写测试平台（testbench）来验证Verilog模块的功能。掌握使用仿真器（如ModelSim、QuestaSim、VCS等）进行仿真、波形查看和调试的基本技能。有效的仿真和调试是保证设计正确性的关键步骤。第三部分：FPGA实现技术 FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种半导体器件，其内部逻辑单元和互连线可以根据用户需求进行配置，从而实现任意数字逻辑功能。 FPGA架构概览：介绍FPGA的基本组成部分，包括可配置逻辑块（CLB）、输入/输出块（IOB）、可编程互连线以及常用的硬核IP（如DSP块、Block RAM）。理解这些组成部分如何协同工作，实现设计。综合（Synthesis）：讲解HDL代码如何被综合工具转换为门级网表。我们将讨论综合工具的工作流程，以及如何编写可综合的Verilog代码，避免使用那些在硬件上无法实现的语法结构。了解综合报告的含义，如资源使用情况、时序约束等。布局与布线（Place and Route）：解释综合后的门级网表如何被映射到FPGA的物理资源上，并根据时序要求进行互连。理解布局与布线过程中面临的挑战，如信号完整性、时序收敛等。时序分析（Timing Analysis）：学习如何进行时序分析，包括建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的概念，以及时钟周期（clock period）的要求。了解时序约束（timing constraints）的重要性，以及如何通过调整设计或约束来满足时序目标。 FPGA开发流程：梳理完整的FPGA开发流程，从需求分析、HDL设计、仿真验证、综合、布局布线到比特流文件的生成和下载到FPGA开发板。 FPGA常用开发工具：介绍主流FPGA厂商（如Xilinx/AMD、Intel/Altera）提供的开发环境（如Vivado、Quartus Prime），以及它们在FPGA项目开发中的作用。第四部分：FPGA应用实例为了巩固理论知识，本书将通过一系列实际的FPGA应用案例来展示数字逻辑设计和FPGA实现的结合。 LED闪烁与数码管显示：从最简单的LED闪烁程序开始，逐步过渡到控制多位LED，以及驱动数码管显示数字，理解状态机在简单的控制逻辑中的应用。简单的状态机控制器：设计一个实际的FSM控制器，例如一个交通信号灯控制器，通过状态机来管理不同的信号灯状态和时序。数据通路设计：设计一个简单的ALU（算术逻辑单元），实现加、减、逻辑运算等功能，理解数据通路和控制通路的设计。简单的通信接口（Verilog实现）：演示如何使用Verilog实现一个简单的串行通信接口，例如一个步进式发送器，用于向外部发送数据（不涉及MCU端的具体协议握手细节）。基于FPGA的简易逻辑分析仪（概念性）：介绍如何利用FPGA的资源来捕捉和显示信号，实现一个简易的逻辑分析仪的功能，这可以帮助调试复杂的数字系统。总结《数字逻辑设计与FPGA实现》是一本面向对数字系统设计和硬件实现感兴趣的读者，无论是初学者还是有一定基础的工程师。本书将带领您穿越逻辑门的海洋，掌握HDL的强大力量，最终在FPGA的平台上实现您的数字梦想。通过理论与实践的紧密结合，您将能够自信地设计、实现和调试各种数字逻辑电路，为更复杂的系统开发打下坚实的基础。本书注重理解数字逻辑设计的本质，而非局限于特定硬件平台的具体指令和底层控制，旨在培养读者独立解决数字系统设计问题的能力。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的封面设计着实引人注目，那种带着时代印记的深蓝色调，配上简洁有力的白色字体，仿佛一下子就把你拉回那个电子技术正在蓬勃发展的年代。我翻开扉页，首先映入眼帘的是作者严谨的学术态度，对每一个概念的阐述都力求准确无误，这点对于初学者来说至关重要。我记得我第一次接触微机系统时，那些复杂的时序图和寄存器定义总是让我感到头疼，但这本书的组织结构非常清晰，它没有急于抛出晦涩难懂的底层细节，而是从最基础的数字逻辑电路开始铺垫，逐步过渡到CPU的内部结构，这种循序渐进的方式极大地降低了学习的门槛。书中对8086/8088等经典处理器的介绍详尽得令人称奇，不仅给出了详尽的指令集，还配有大量的汇编语言实例，每一个例子都经过精心设计，旨在突出特定指令的实际应用场景。特别是关于内存寻址方式的讲解，作者运用了多个生动的比喻，将段寄存器和偏移地址的关系描绘得淋漓尽致，让我这个曾经在这块地方徘徊很久的读者豁然开朗。如果你期望从这本书中领略到前沿的嵌入式系统设计或者最新的ARM架构的奥秘，那么你可能会略感失望，这本书的价值更在于它奠定了扎实的理论基础，是理解后续所有微处理器知识的坚实地基。它就像一本优秀的武功秘籍的“内功心法”篇，虽然没有炫目的招式演示，但其蕴含的原理足以让你在未来融会贯通。

评分☆☆☆☆☆

这本书的目录结构本身就是一本微机系统学习的路线图。它从最底层的晶体管和逻辑门开始，逐步搭建起一个可以执行程序的机器的骨架。我发现这本书最大的特色在于，它对不同指令操作码的二进制表示和对应的机器周期消耗进行了详细的表格化梳理。这种对“位”和“字节”的执着，是现代高层语言编程者常常忽略的领域。它不像现代的“应用导向”书籍那样，把重点放在如何快速调用API来完成一个功能，而是专注于解释CPU内部的控制单元是如何解码这些二进制指令，并驱动ALU进行计算的。例如，在讲解乘法和除法指令时，作者不仅给出了汇编指令，还推导了其背后的微码执行步骤，这对于理解CPU流水线和执行效率的瓶颈非常有帮助。这本书的最大局限性，或者说它独特的时代烙印，就是它几乎完全聚焦于Intel x86系列在早期的体系结构上，对于RISC架构或者更现代的内存管理单元（MMU）和虚拟内存的概念，则没有深入探讨。它是一把开启微机世界大门的钥匙，但要探索更广阔的天地，还需要其他更现代的工具和书籍来辅助。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的装帧和印刷质量，放在今天来看，确实显得有些“朴素”。纸张偏黄，字体间距也比较紧凑，读起来不像现代书籍那样赏心悦目，需要有一定的耐心和专注力。但一旦你沉下心去阅读它的内容，你会发现这份朴素之下蕴藏着巨大的信息密度。这本书的逻辑推进如同瑞士钟表般精密，前后章节之间几乎没有逻辑上的跳跃或断层。最让我印象深刻的是它对中断处理机制的阐述。作者没有满足于仅仅介绍中断向量表的位置，而是深入剖析了硬件触发中断后，CPU堆栈的压栈顺序、现场保护过程，直到操作系统（或者更准确地说，裸机环境下的程序）如何恢复执行。这种对“上下文切换”底层细节的描摹，对于理解操作系统内核的运行机制也是极有裨益的。这本书的侧重点明显偏向于对CPU指令集架构的深入理解和硬件层面的编程，对于诸如面向对象编程范式或者高级语言的内存管理等现代软件工程的概念，书中几乎没有涉及，这很符合它出版年代的技术背景和核心目标。它是一个纯粹的技术手册和教学指南的完美结合体。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常古典和严谨，充满了上世纪八十年代末九十年代初的学术气息。每一个定义都像是经过了千锤百炼，力求滴水不漏。我记得有一次我试图用一个现代的C语言编译器来编译书中的部分汇编代码示例，结果发现现代编译器的优化策略有时会干预到作者原本设计的特定时序操作，这反而从侧面印证了这本书对“裸机编程”那种对时序的精确控制的强调。书中对并行输入输出（PIO）模式的讲解细致入微，它用图表清晰地展示了数据如何在端口和CPU之间来回搬运，以及如何通过软件循环来模拟时序。这本书的优点在于，它构建了一个坚实的“控制论”基础，让你明白微处理器是如何“命令”外部硬件工作的。如果你想了解为什么早期的工控设备能够稳定运行数十年而不崩溃，这本书里关于定时器和中断优先级设计的章节，会给你一个非常清晰的硬件视角。它并不教授如何使用高级调试工具，更多的是引导你学会用示波器和逻辑分析仪去验证你的代码在硬件上的实际表现，这是一种非常“硬核”的工程思维训练。

评分☆☆☆☆☆

我最近在整理我那堆“吃灰”的技术书籍，无意中又看到了这本，忍不住又翻阅了几页。这本书给我的感觉是，它似乎更像是一位老教授在与你促膝长谈，语气平和却不失力度。它没有采用现在流行的那种“快餐式”教学，即用几行代码就带过一个复杂的概念。相反，它花了大篇幅去解释为什么某些设计是这样选择的，背后的权衡（Trade-offs）是什么。比如，在讲述总线周期时，它详细对比了不同等待状态对系统性能的影响，这种深度的分析在很多现代教材中已经难以寻觅了。我特别欣赏它在实践环节的处理——虽然书中没有提供最新的开发板配套资料，但它提供的那些基于并行端口和简单I/O芯片的实验设计，却有着极强的可操作性。我记得我当年就是对照着书上的电路图，用面包板搭建了一个简易的LED点阵驱动器，虽然程序跑起来很慢，但那种亲手点亮电子世界的感觉是无可替代的。这本书的价值不在于“教你如何快速实现一个功能”，而在于“教你理解为什么这个功能能实现”。如果你是那种喜欢刨根问底，对硬件底层机制充满好奇心的“硬核”学习者，这本书绝对是你的不二之选。不过，对于只想快速上手物联网项目的朋友来说，这书的阅读曲线可能会显得略微陡峭。

评分☆☆☆☆☆