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内容简介

自从VHDL在1987年成为IEEE标准之后，就因其在电路模型建立、仿真、综合等方面的强大功能而被广泛用于复杂数字逻辑电路的设计中。本书共分为三个基本组成部分，首先详细介绍VHDL语言的背景知识、基本语法结构和VHDL代码的编写方法；然后介绍VHDL电路单元库的结构和使用方法，以及如何将新的设计加入到现有的或自己新建立的单元库中，以便于进行代码的分割、共享和重用；最后介绍CPLD和FPGA的发展历史、主流厂商提供的开发环境使用方法。本书在结构组织上有独特之处，例如将并发描述语句、顺序描述语句、数据类型与运算操作符和属性等独立成章，使读者更容易清晰准确地掌握这些重要内容。本书注重设计实践，给出了大量完整设计实例的电路图、相关基本概念、电路工作原理以及仿真结果，从而将VHDL语法学习和如何采用它进行电路设计有机地结合在一起。

目　　录

目录
第一部分电路设计
第1章引言 2
1.1 关于VHDL 2
1.2 设计流程 2
1.3 EDA工具 3
1.4 从VHDL代码到电路的转化 4
1.5 设计实例 6
第2章 VHDL代码结构 9
2.1 VHDL代码基本单元 9
2.2 库声明 10
2.3 实体 11
2.4 构造体 12
2.5 例题 13

目 录 
第一部分 电 路 设 计 
第1章 引言	2 
1.1 关于VHDL	2 
1.2 设计流程	2 
1.3 EDA工具	3 
1.4 从VHDL代码到电路的转化	4 
1.5 设计实例	6 
第2章 VHDL代码结构	9 
2.1 VHDL代码基本单元	9 
2.2 库声明	10 
2.3 实体	11 
2.4 构造体	12 
2.5 例题	13 
2.6 习题	16 
第3章 数据类型	19 
3.1 预定义的数据类型	19 
3.2 用户定义的数据类型	22 
3.3 子类型	23 
3.4 数组	24 
3.5 端口数组	26 
3.6 记录类型	27 
3.7 有符号数和无符号数	28 
3.8 数据类型转换	29 
3.9 小结	30 
3.10 例题	31 
3.11 习题	35 
第4章 运算操作符和属性	37 
4.1 运算操作符	37 
4.2 属性	40 
4.3 用户自定义属性	42 
4.4 操作符扩展	43 
4.5 通用属性语句	43 
4.6 设计实例	44 
4.7 小结	48 
4.8 习题	49 
第5章 并发代码	51 
5.1 并发执行和顺序执行	51 
5.2 使用运算操作符	53 
5.3 WHEN语句	54 
5.4 GENERATE语句	63 
5.5 块语句	65 
5.6 习题	68 
第6章 顺序代码	72 
6.1 进程	72 
6.2 信号和变量	74 
6.3 IF语句	74 
6.4 WAIT语句	78 
6.5 CASE语句	80 
6.6 LOOP语句	84 
6.7 CASE语句和IF语句的比较	91 
6.8 CASE语句和WHEN语句的比较	91 
6.9 同步时序电路中的时钟问题	92 
6.10 使用顺序代码设计组合逻辑电路	96 
6.11 习题	98 
第7章 信号和变量	103 
7.1 常量	103 
7.2 信号	103 
7.3 变量	105 
7.4 信号和变量的比较	106 
7.5 寄存器的数量	112 
7.6 习题	121 
第8章 状态机	128 
8.1 引言	128 
8.2 设计风格#1	129 
8.3 设计风格#2	136 
8.4 状态机编码风格：二进制编码和独热编码	149 
8.5 习题	150 
第9章 典型电路设计分析	153 
9.1 桶形移位寄存器	153 
9.2 有符号数比较器和无符号数比较器	156 
9.3 逐级进位和超前进位加法器	159 
9.4 定点除法	162 
9.5 自动售货机控制器	166 
9.6 串行数据接收器	171 
9.7 并/串变换器	173 
9.8 一个7段显示器的应用例题	175 
9.9 信号发生器	178 
9.10 存储器设计	181 
9.11 习题	186 
第二部分 系 统 设 计 
第10章 包集和元件	192 
10.1 概述	192 
10.2 包集	193 
10.3 元件	195 
10.4 端口映射	201 
10.5 GENERIC参数的映射	202 
10.6 习题	208 
 
第11章 函数和过程	209 
11.1 函数	209 
11.2 函数的存放	211 
11.3 过程	219 
11.4 过程的存放	221 
11.5 函数与过程小结	224 
11.6 断言语句	224 
11.7 习题	224 
第12章 系统设计实例分析	226 
12.1 串-并型乘法器	226 
12.2 并行乘法器	230 
12.3 乘-累加电路	235 
12.4 数字滤波器	238 
12.5 神经网络	243 
12.6 习题	249 
附录A 可编程逻辑器件	251 
附录B Xilinx ISE和ModelSim使用指南	259 
附录C Altera MaxPlus II和Advanced Synthesis Software使用指南	267 
附录D Altera Quartus II使用指南	277 
VHDL保留字	285 
参考文献	286

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前　　言

前    言
本书的结构
全书由电路设计和系统设计两个基本部分组成，其中电路设计部分详细介绍了VHDL语言的背景知识、基本语法结构和VHDL代码的编写方法。这一部分主要包括以下章节：
 代码结构：库、实体和构造体（第2章）
 数据类型（第3章）
 运算操作符和属性（第4章）
 并发描述语句和并发代码（第5章）
 顺序描述语句和顺序代码（第6章）
 对象：信号、变量和常量（第7章）
 有限状态机的设计（第8章）
 简单电路设计实例分析（第9章）
系统设计部分主要介绍了VHDL电路单元库的结构和使用方法，以及如何将新的设计加入到现有的或自己新建立的单元库中，以便于进行代码的分割、共享和重用。这一部分主要包括以下章节：
 包集和元件（第10章）
 函数和过程（第11章）
 系统设计实例分析（第12章）
本书的特色
本书具有以下鲜明特色：
 用简明的语言介绍了与VHDL语言综合相关的所有关键特征。
 全书的内容结构组织合理，顺序安排得当。全书在内容组织上划分为电路级设计和系统级设计两个基本部分。在电路级设计部分，第1章至第4章介绍了VHDL语言的基本语法知识；第5章至第9章分析了VHDL语言的并发代码、顺序代码、信号与变量、状态机等内容，并给出了大量的设计实例。在系统级设计部分，第10章至第12章从系统的角度讨论了包集、元件、函数和过程，并分析了许多系统级电路设计的例子。
 尽量用关联紧密的内容来组织每一章。例如，并发描述语句、顺序描述语句、数据类型以及运算操作符和属性都独立成章。
 目前常见的VHDL语法书籍往往忽视了数字电路设计的基本概念，而关于数字电路设计的书籍又对VHDL介绍得很简单。本书很好地将二者结合起来，通过大量数字电路设计实例来学习VHDL语言。
 为了将VHDL语言和数字电路设计实践紧密地结合起来，本书采用了以下方法：
提供了大量的完整设计实例（而不是片段）；
对设计实例的顶层电路图进行了解释说明；
对数字电路设计的重要基本概念进行了回顾；
对问题的解决方法给出了详细的注释；
所有设计实例都是可综合、可物理实现的（可以使用可编程逻辑器件实现）；
提供了仿真结果，并对仿真结果进行了必要的分析和说明；
最后，在附录中介绍了目前主流的可编程器件以及相应开发工具的使用。
本书适用对象
本书可以作为电子工程和计算机科学专业开设的以下课程的教材：
  VHDL语言
 数字电路设计自动化
 可编程逻辑器件
 数字电路设计（基础课程和高级课程）
另外，本书也适合作为企业内部VHDL培训和可编程逻辑器件应用开发的培训教材。
致谢
首先对所有给本书提出了宝贵意见和建议的人表示感谢。Ricardo P. Jasinski和Bruno U. Pedroni评阅了本书，在此特别表示感谢。

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